R.E.News future Technology-Fixing the Hidden Problem Behind Stranded Space Rovers

 05/08/25-FR-English-NL-footer

Résoudre le problème caché des rovers spatiaux bloqués

Image-  University of Wisconsin–Madison  UW–Madison

Lorsque le rover martien Spirit s'est immobilisé en 2009, enfoui jusqu'à l'essieu dans un piège à sable martien d'apparence innocente, les ingénieurs de la NASA ont passé des mois à tenter de le dégager à distance.

Malgré tous leurs efforts, la mission a finalement été déclarée terminée. Et si Spirit a continué de fournir de précieuses données scientifiques, son sort est devenu un avertissement pour l'exploration planétaire : même les explorateurs robotiques les plus avancés peuvent échouer lorsque le terrain se défend.

De nos jours, des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison pensent avoir découvert une raison clé pour laquelle des rovers comme Spirit restent bloqués. Étonnamment, le coupable n'est pas le rover lui-même, mais la manière dont il est testé sur Terre.

Jusqu'à présent, les ingénieurs reproduisaient la gravité lunaire ou martienne lors des tests de rover en utilisant des prototypes légers, construisant ainsi un rover d'une masse six fois inférieure à celle des rover en préparation des missions lunaires. Ils font ensuite rouler ces robots miniatures sur des sites d'essai terrestres, comme des déserts ou des sablières, afin de prédire leur comportement sur le terrain réel.

Mais voilà le hic : si le poids du rover est ajusté, le sable, lui, ne l'est pas. La gravité terrestre exerce une traction bien plus forte sur la surface d'essai que celle de la Lune ou de Mars, ce qui donne l'impression que le terrain est plus ferme et plus stable qu'il ne l'est en réalité dans des environnements à faible gravité.

Cela signifie que les rovers bénéficient d'une meilleure traction lors des essais que dans l'espace – une grave erreur de calcul qui peut conduire des machines de plusieurs millions de dollars à rester bloquées là où personne ne peut les atteindre.

« Rétrospectivement, l'idée est simple : nous devons prendre en compte non seulement l'attraction gravitationnelle exercée sur le rover, mais aussi l'effet de la gravité sur le sable pour mieux anticiper les performances du rover sur la Lune », explique le professeur Dan Negrut, expert en génie mécanique à l'Université du Wisconsin-Madison.

Cette révélation est survenue lors d'un projet soutenu par la NASA impliquant le Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), prévu pour une mission lunaire. En effectuant des simulations à l'aide du projet Chrono, un moteur de simulation physique open source, Negrut et son équipe ont constaté une incohérence inquiétante entre les tests effectués sur des rover physiques et leurs équivalents virtuels sur la Lune.

Le projet Chrono, co-développé avec des chercheurs italiens, a permis à l'équipe de modéliser des rovers grandeur nature naviguant sur des surfaces « souples » soumises à différents champs gravitationnels. Il a démontré sans équivoque que le sable, soumis à la gravité terrestre, se comporte très différemment du régolithe lunaire.

Grâce à Chrono, les chercheurs ont démontré qu'en faible gravité, les particules de sol interagissent de manière plus lâche, ce qui limite la traction et augmente le risque d'enlisement. Ce n'était pas seulement théorique. Les données ont clairement montré que les simulations prédisaient mieux les conditions extraterrestres réelles que des essais en sablière à échelle réduite ne le pourraient jamais.

Si la NASA est susceptible d'en tirer les bénéfices les plus immédiats, les retombées de ces recherches vont bien au-delà du secteur spatial.

Le projet Chrono a déjà été utilisé par des centaines d'organisations à travers le monde, dans des domaines aussi variés que l'horlogerie et la machinerie lourde. Il a permis de modéliser le mouvement de montres mécaniques de précision et le comportement de camions militaires en zones de combat tout-terrain. Il s'agit en substance d'un environnement virtuel pour les ingénieurs travaillant dans des conditions réelles, trop complexes ou trop coûteuses pour être reproduites physiquement.

« Il est gratifiant de constater que nos recherches sont très pertinentes pour contribuer à résoudre de nombreux défis d'ingénierie concrets », a déclaré Negrut. « Je suis fier de ce que nous avons accompli. Il est très difficile pour un laboratoire universitaire de développer un logiciel de qualité industrielle utilisé par la NASA. »

Le caractère open source du logiciel contribue à sa puissance. N'importe qui, n'importe où, peut l'utiliser gratuitement. Cependant, maintenir un logiciel à ce niveau n'est ni simple ni bon marché.

« Il est très rare dans le monde universitaire de produire un logiciel de ce niveau », explique Negrut. « Notre simulateur permet de résoudre des problèmes qu'aucun autre outil ne peut résoudre pour certains types d'applications pertinentes pour la NASA et l'exploration planétaire, y compris les simulateurs de grandes entreprises technologiques, et c'est passionnant.»

Préserver l'innovation ouverte et accessible

L'une des caractéristiques marquantes de l'approche de l'équipe de l'UW–Madison est son engagement en faveur de la science ouverte. En rendant le projet Chrono accessible gratuitement, elle encourage la collaboration, la compétition et l'innovation continue.

« Toutes nos idées sont dans le domaine public et la concurrence peut les adopter rapidement, ce qui nous incite à aller de l'avant », conclut Negrut. Au cours de la dernière décennie, nous avons eu la chance de bénéficier du soutien de la National Science Foundation, du Bureau de recherche de l'armée américaine et de la NASA. Ce financement a véritablement fait la différence, car l'utilisation de notre logiciel est gratuite.

Et c'est ce qu'ils font. L'équipe continue d'améliorer les capacités de Chrono afin de garantir sa pertinence face à l'évolution des besoins des missions et à la complexité croissante des questions d'ingénierie.
Repenser notre façon d'explorer

Au cœur de cette histoire se trouve une vérité fondamentale : parfois, les hypothèses qui semblent trop évidentes pour être remises en question sont celles qu'il faut le plus remettre en question.

En remettant en question la méthode de test des rover, vieille de plusieurs décennies, et en mettant en lumière une erreur simple mais significative, les ingénieurs de l'Université du Wisconsin–Madison ont révolutionné l'exploration planétaire. Leurs recherches nous rappellent que l'innovation ne se résume pas toujours à une invention radicale ; il s'agit parfois de remettre en question ce que nous pensions savoir et de poser de meilleures questions.

La prochaine génération d'explorateurs robotiques explorera probablement la Lune et Mars avec une vision beaucoup plus claire de ce qui se cache sous leurs roues. Et avec le Projet Chrono exécutant des simulations en coulisses, ils auront moins de chances de subir le même sort que Spirit.
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 05/08/25-English

Fixing the Hidden Problem Behind Stranded Space Rovers

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When the Mars rover Spirit ground to a halt in 2009, buried axle-deep in a deceptively innocent-looking Martian sand trap, engineers at NASA spent months trying to free it remotely.

Despite their best efforts, the mission was eventually declared over. And while Spirit still provided valuable science data, its fate became a cautionary tale for planetary exploration: even the most advanced robotic explorers can falter when the terrain fights back.

Fast forward to today, and researchers at the University of Wisconsin–Madison believe they’ve uncovered a key reason why rovers like Spirit get stuck. Surprisingly, the culprit isn’t the rover itself, but the way it’s tested here on Earth.    

Until now, engineers have replicated lunar or Martian gravity in rover tests by using lightweight prototypes—essentially building a rover at one-sixth the mass when preparing for Moon missions. Then they roll these scaled-down bots across Earth-based test sites like deserts or sand pits to predict how they’d fare on the real terrain.

But here’s the rub: while the rover’s weight gets adjusted, the sand doesn’t. Earth’s gravity pulls on the testing surface far more than the Moon’s or Mars’ ever would, making the terrain seem firmer and more stable than it really is in low-gravity environments.

That means rovers get better traction in tests than they would in space—a serious miscalculation that can lead to multimillion-dollar machines becoming stuck where no human can reach them.

“In retrospect, the idea is simple: We need to consider not only the gravitational pull on the rover but also the effect of gravity on the sand to get a better picture of how the rover will perform on the Moon,” said Professor Dan Negrut, a mechanical engineering expert at UW–Madison.

The revelation came during a NASA-backed project involving the Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, or VIPER, scheduled for a lunar mission. As Negrut and his team ran simulations using Project Chrono—an open-source physics simulation engine—they noticed a troubling mismatch between physical rover tests and their virtual moon-based equivalents.

Project Chrono, co-developed with Italian researchers, allowed the team to model full-size rovers navigating “squishy” surfaces under different gravitational fields. It showed, unequivocally, that sand under Earth’s gravity behaves very differently from lunar regolith.

Through Chrono, researchers demonstrated that in low gravity, particles of soil interact more loosely, meaning traction is limited and the risk of getting bogged down increases. This wasn’t merely theoretical. The data clearly showed that simulations better predicted real extra-terrestrial conditions than scaled-down sandpit trials ever could.

While NASA stands to gain the most immediate benefits, the ripple effects of this research go well beyond the space sector.

Project Chrono has already been used by hundreds of organisations worldwide, spanning everything from horology to heavy machinery. It has helped model the movement of precision mechanical watches and the behaviour of Army trucks in off-road combat zones. In essence, it’s a virtual sandbox for engineers working in real-world conditions that are too tricky or expensive to replicate physically.

“It’s rewarding that our research is highly relevant in helping to solve many real-world engineering challenges,” said Negrut. “I’m proud of what we’ve accomplished. It’s very difficult as a university lab to put out industrial-strength software that is used by NASA.”

The software’s open-source nature is part of what makes it so powerful. Anyone, anywhere, can use it—free of charge. But maintaining software at this level isn’t cheap or easy.

“It’s very unusual in academia to produce a software product at this level,” Negrut explained. “There are certain types of applications relevant to NASA and planetary exploration where our simulator can solve problems that no other tool can solve, including simulators from huge tech companies, and that’s exciting.”
Keeping innovation open and accessible

One of the standout features of the UW–Madison team’s approach is their commitment to open science. By making Project Chrono freely available, they’re inviting collaboration, competition and continuous innovation.

“All our ideas are in the public domain and the competition can adopt them quickly, which drives us to keep moving forward,” Negrut said. “We have been fortunate over the last decade to receive support from the National Science Foundation, U.S. Army Research Office and NASA. This funding has really made a difference, since we do not charge anyone for the use of our software.”

And move forward they do. The team continues to enhance Chrono’s capabilities to ensure it remains relevant as mission needs evolve and engineering questions grow more complex.
Rethinking how we explore

At the heart of this story lies a fundamental truth: sometimes, assumptions that seem too obvious to question are the ones that most need rethinking.

By challenging the decades-old method of rover testing and shining a light on a simple yet significant oversight, UW–Madison’s engineers have changed the game for planetary exploration. Their research is a reminder that innovation isn’t always about radical invention—sometimes, it’s about looking again at what we thought we knew and asking better questions.

The next generation of robotic explorers will likely roam the Moon and Mars with a much clearer sense of what lies beneath their wheels. And with Project Chrono running simulations behind the scenes, they’ll be less likely to meet the same fate as Spirit.
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 05/08/25-NL

Het verborgen probleem achter gestrande ruimterovers oplossen

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Toen de Marsrover Spirit in 2009 tot aan zijn as vastliep in een bedrieglijk onschuldig ogende zandvang op Mars, probeerden ingenieurs van NASA hem maandenlang op afstand te bevrijden.

Ondanks hun inspanningen werd de missie uiteindelijk beëindigd verklaard. En hoewel Spirit nog steeds waardevolle wetenschappelijke gegevens leverde, werd zijn lot een waarschuwing voor planetaire verkenning: zelfs de meest geavanceerde robotverkenners kunnen falen wanneer het terrein zich verzet.

Vandaag de dag denken onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison dat ze een belangrijke reden hebben ontdekt waarom rovers zoals Spirit vastlopen. Verrassend genoeg is de boosdoener niet de rover zelf, maar de manier waarop hij hier op aarde wordt getest.

Tot nu toe hebben ingenieurs de zwaartekracht op de maan of Mars nagebootst in rovertests met behulp van lichtgewicht prototypes – in feite een rover bouwen met een massa die een zesde is van die van de massa ter voorbereiding op maanmissies. Vervolgens rollen ze deze verkleinde robots over testlocaties op aarde, zoals woestijnen of zandgroeven, om te voorspellen hoe ze het in het echte terrein zouden doen.

Maar hier is het probleem: terwijl het gewicht van de rover wordt aangepast, geldt dat niet voor het zand. De zwaartekracht van de aarde trekt veel meer aan het testoppervlak dan die van de maan of Mars ooit zou doen, waardoor het terrein steviger en stabieler lijkt dan het in werkelijkheid is in omgevingen met lage zwaartekracht.

Dat betekent dat rovers tijdens tests meer grip krijgen dan in de ruimte – een ernstige misrekening die ertoe kan leiden dat machines van miljoenen dollars vastlopen op plekken waar geen mens bij kan.

"Achteraf gezien is het idee simpel: we moeten niet alleen rekening houden met de zwaartekracht op de rover, maar ook met het effect van de zwaartekracht op het zand om een beter beeld te krijgen van hoe de rover op de maan zal presteren", aldus professor Dan Negrut, expert werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Wisconsin-Madison.

De onthulling kwam tijdens een door NASA gesteund project met de Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, oftewel VIPER, die gepland stond voor een maanmissie. Tijdens simulaties met Project Chrono – een open-source simulatie-engine voor natuurkunde – merkten Negrut en zijn team een verontrustende discrepantie op tussen fysieke rovertests en hun virtuele equivalenten op de maan.

Project Chrono, ontwikkeld in samenwerking met Italiaanse onderzoekers, stelde het team in staat om rovers op ware grootte te modelleren die over "squishy" oppervlakken navigeren onder verschillende zwaartekrachtvelden. Het toonde ondubbelzinnig aan dat zand onder de zwaartekracht van de aarde zich heel anders gedraagt dan maanregoliet.

Met Chrono toonden onderzoekers aan dat bij lage zwaartekracht de interactie tussen bodemdeeltjes losser is, wat betekent dat de grip beperkt is en het risico op vastlopen toeneemt. Dit was niet louter theoretisch. De data toonden duidelijk aan dat simulaties de werkelijke buitenaardse omstandigheden beter voorspelden dan kleinschalige zandbaktests ooit zouden kunnen.

Hoewel NASA de meest directe voordelen zal behalen, reiken de rimpeleffecten van dit onderzoek veel verder dan de ruimtevaartsector.

Project Chrono is al door honderden organisaties wereldwijd gebruikt, van uurwerken tot zware machines. Het heeft geholpen bij het modelleren van de beweging van mechanische precisiehorloges en het gedrag van legertrucks in off-road gevechtszones. In wezen is het een virtuele sandbox voor ingenieurs die werken onder realistische omstandigheden die te lastig of te duur zijn om fysiek na te bootsen.

"Het is bevredigend dat ons onderzoek zeer relevant is voor het oplossen van veel technische uitdagingen in de echte wereld", aldus Negrut. "Ik ben trots op wat we hebben bereikt. Het is als universitair laboratorium erg moeilijk om software van industriële kwaliteit te ontwikkelen die door NASA wordt gebruikt."

Het open-sourcekarakter van de software is mede bepalend voor de kracht ervan. Iedereen, overal, kan het gratis gebruiken. Maar software op dit niveau onderhouden is niet goedkoop of gemakkelijk.

"Het is zeer ongebruikelijk in de academische wereld om een softwareproduct op dit niveau te produceren", legde Negrut uit. "Er zijn bepaalde toepassingen die relevant zijn voor NASA en planetaire exploratie, waarbij onze simulator problemen kan oplossen die geen enkele andere tool kan oplossen, inclusief simulatoren van grote technologiebedrijven, en dat is spannend."
Innovatie open en toegankelijk houden

Een van de opvallende kenmerken van de aanpak van het UW-Madison-team is hun toewijding aan open science. Door Project Chrono gratis beschikbaar te stellen, nodigen ze uit tot samenwerking, concurrentie en continue innovatie.

"Al onze ideeën zijn openbaar en de concurrentie kan ze snel overnemen, wat ons stimuleert om vooruitgang te blijven boeken", aldus Negrut. "We hebben de afgelopen tien jaar het geluk gehad steun te ontvangen van de National Science Foundation, het U.S. Army Research Office en NASA. Deze financiering heeft echt een verschil gemaakt, omdat we niemand kosten in rekening brengen voor het gebruik van onze software."

En dat doen ze ook. Het team blijft de mogelijkheden van Chrono verbeteren om ervoor te zorgen dat deze relevant blijft naarmate de missiebehoeften evolueren en technische vragen complexer worden.
Een nieuwe kijk op hoe we verkennen

De kern van dit verhaal is een fundamentele waarheid: soms zijn aannames die te voor de hand liggend lijken om in twijfel te trekken, juist de aannames die het meest aan herziening toe zijn.

Door de decennialange methode van het testen van rovers ter discussie te stellen en een simpele maar belangrijke omissie aan het licht te brengen, hebben de ingenieurs van UW-Madison de spelregels voor planetaire exploratie veranderd. Hun onderzoek herinnert ons eraan dat innovatie niet altijd draait om radicale uitvindingen – soms gaat het erom opnieuw te kijken naar wat we dachten te weten en betere vragen te stellen.

De volgende generatie robotverkenners zal waarschijnlijk de maan en Mars verkennen met een veel duidelijker beeld van wat er onder hun wielen schuilgaat. En met Project Chrono die achter de schermen simulaties uitvoert, is de kans kleiner dat hen hetzelfde lot als Spirit wacht.
NJC.© Info University of Wisconsin–Madison  UW–Madison

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