CSフィールドセッション

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背景

2020年の夏、私はコロラド・スクール・オブ・マインズのコンピュータサイエンス学部課程の一環としてCSCI370、すなわち「高度ソフトウェア工学」を履修しました。CSCI370は、学生が企業向けのソフトウェア関連ソリューションを設計、実装、文書化するコースです。学生は講義で学んだ知識を実際のコンピュータサイエンスの問題に適用することができます。コースの詳細はこちら。

コースでは、どのプロジェクト／企業で作業するかを自分で決めることができます。コースは各プロジェクトと企業の詳細を記したPDFを提供しました。最終的に、私はLunar Outpostという会社が掲載していた拡張月面ナビゲーションのためのリアルタイム車輪スリップ検出とエラー補正というプロジェクトに取り組むことにしました。名前が長いので、プロジェクトの別名を「Wheel Slippage Detection」とします。

問題

Lunar Outpostは自律型月面ローバーの開発を目指すスタートアップです。月面には大量の月塵があり、これが車輪スリップを多く引き起こすことで知られています。車輪スリップは自律システムが実際の位置情報を失う原因となるため、理想的ではありません。地球上では、GPSデータを使用して車輪スリップによるオフセットを補正することでこの問題が解決されています。しかし、GPSは30+のナビゲーション衛星が地球を常に周回し、独自の信号を送信してコンピュータが位置を計算できる場合にのみ機能します。月面には現在そのようなGPSは存在しません。したがって、GPS以外の方法で車輪スリップを検出する必要があります。プロジェクトの問題に関するより詳細なレポートはこちらで閲覧できます。

チームメイト

このプロジェクトは単純なものではなかったため、チームで取り組む必要がありました。チームはコロラド・スクール・オブ・マインズの学生5名で構成されていました。

  • Mehmet Yilmaz (私)
  • Kane Bruce
  • Braedon O’Callaghan
  • Liam Dempsey
  • Kevin Grant

プロジェクトではROS、C++、Python、Linux、Raspberry Pi、Arduinoのいくつかを知っている必要がありました。私たちの多くはこれらの技術のうちのいくつかに経験がありましたが、私はROSに唯一経験がありました。なぜなら、2020年春学期にHuman Centered Robotics (CSC470) の授業でROSを使用していたからです。このため、初期段階で私はチーム全員にROSの概要と開発方法を教える手助けをしました。

課題

このプロジェクトには多くの課題がありましたが、最大の課題は実機ロボットにアクセスできなかったことです。これはCOVIDの影響で全てがリモート化され、Lunar Outpostのラボや建物で作業できなかったためです。その結果、シミュレーションを使用せざるを得ませんでした。

また、WVU Navigation Labの学術研究を参照し、Wheel Slippage問題がLunar Outpostのユースケースでどのように解決できるかのアイデアを得ました。これは、私たちが学部2年生・3年生であることから、予想以上に難しいものでした。

もう一つの課題は、プロジェクトに取り組む時間が限られていたことです。CSCI370は1か月間の授業です。しかし、問題自体は多くの企業や学術機関が何十年も解決・最適化しようとしている大規模な課題です。したがって、1か月ではこの問題を解決するには全く不十分です。それでも、私たちはこれらの課題を乗り越え、成果を出すことができました。

結論

この投稿では、私たちの解決策をより詳細に説明したいと思っています。また、適切な結論として、何を発見し、最終結果がどうであったかを示したいです。しかし残念ながら、私とチームメイト全員は機密保持契約（NDA）に署名しており、このプロジェクトに関する機密情報を共有することはできません。上記で提供した情報はすべて公開情報であり、インターネットからアクセス可能です。

このプロジェクトを通じて、私たちはROSの使い方やROSとGazeboを用いたシミュレーションの作成方法を本当に学びました。また、車輪スリップ検出の研究分野に対する理解も深まりました。さらに、WVU Navigation Labの研究者と面会する機会も得ました。

以上のことから、このプロジェクトは私にチーム内でリーダーシップを取る機会を与え、仲間にROSの理解を助ける教育者としての役割を果たすことができ、ROS、Gazebo、Pythonの経験をさらに積むことができました。また、車輪スリップという問題に初めて直面し、認識することができました。全体として、特にCOVIDの影響下で忙しいスケジュールの中、Lunar Outpostが時間を割いてこのプロジェクトを支援してくれたことに感謝しています。素晴らしいチームメイトが一生懸命取り組んでくれたことにも感謝しています。