Lądownik InSight ze słynnym kretem polskiej produkcji, badającym marsjańską glebę, chiński łazik Zhurong czy helikopter Ingenuity — robotów na Marsie przybywa i są one coraz bardziej zaawansowane technologicznie. Zastosowanie ulepszonego systemu autonomicznej nawigacji w łaziku Perseverance pozwoliło mu poruszać się ok. 4 razy szybciej niż jeden z jego poprzedników, Curiosity. Jak marsjańskie roboty orientują się w przestrzeni i podejmują decyzje gdzie jechać dalej? Czy oprócz sztucznej inteligencji mają w sobie sztuczną ciekawość, która nakierowuje je na warte zbadania cele?
Autor: Milena Michalska
Łazik zdalnie sterowany
Komunikacja z Marsem, planetą zamieszkaną przez roboty, odbywa się za pomocą fal radiowych. Sygnał (np. sterujący) z Ziemi jest wysyłany przez ogromne anteny systemu Deep Space Network, odbierany przez satelitę przekaźnikowego (ang. relay satellite) na orbicie czerwonej planety i z orbity transmitowany do łazika lub sondy. Ta podróż danych trwa średnio 13 minut i nie może zostać przyspieszona za pomocą szybszych komputerów czy mocniejszych transmiterów radiowych — problemem jest nieprzekraczalna prędkość światła (prędkość propagacji promieniowania elektromagnetycznego, również sygnałów radiowych, w próżni). Dodatkowo, przez koszty komunikacji ziemscy operatorzy, dysponujący ograniczoną ilością danych, decydowali się często na dłuższe, ale bezpieczniejsze trasy do celu.
![](https://innspace.pl/wp-content/uploads/2022/05/Lazik-2.jpg)
Dane wejściowe
Miejsce lądowania łazika nie jest przypadkowe. Długo przed startem misji zostało przeanalizowane przez zespół specjalistów pod kątem celów misji. W trakcie planowania marsjańskiej wyprawy naukowcy zbierają dostępne dane np. zdjęcia satelitarne i wyznaczają interesujące punkty, które robot ma za zadanie zbadać lub pobrać próbki do dalszej analizy w ziemskich laboratoriach. Mimo prac koncepcyjnych nad algorytmami autonomicznej eksploracji (wyznaczania celów do zbadania), użycie ich w łaziku jest całkowicie nieopłacalne — propozycji celów naukowych wyznaczonych przez ludzi nie brakuje, a programy komputerowe mogą zostać przetestowane w warunkach symulacji opartej na zebranych danych.
Zadaniem autonomicznego łazika jest analiza powierzchni w czasie rzeczywistym — typ podłoża, nierówności terenu itp. – i optymalizacja wcześniej wyznaczonego szkicu trasy, by zebrać próbki jak najszybciej i nie narażać się na uszkodzenia. W tym celu pojazd musi też zbierać i przetwarzać dokładne dane o swojej lokalizacji.
Lasery i wizja
SLAM (Simultaneous Localization and Mapping), czyli równoczesne mapowanie terenu i lokalizacja to zbiór metod, dzięki którym robot zna swoje położenie i orientację w nieznanej przestrzeni. Algorytm zbiera dane z sensorów robota, np. żyroskop i akcelerometr, odczytuje przejechaną odległość na podstawie rotacji kół (tzw. odometria) itp. i przetwarza je, rekonstruując przejechaną trasę. Co ciekawe w ziemskich robotach to zadanie jest często realizowane na podstawie czujników laserowych (LiDAR), lecz zarówno w przypadku amerykańskiego łazika Perseverance, jak i chińskich łazików wysłanych na Księżyc podczas misji Chang’e 3 i 4, nie zdecydowano się na taki instrument na pokładzie, a SLAM oparto na wielu komplementarnych kamerach, łączonych w obraz stereowizyjny. Głównym powodem rezygnacji z czujników laserowych była ich masa oraz wysokie zużycie energii.
Niezawodność ponad autonomię
Rozwój oprogramowania do nawigacji i autonomicznego sterowania łazikiem w przypadku Perseverance skutkował ogromną oszczędnością czasu — razem z innymi usprawnieniami średnia prędkość poruszania się pojazdu to 120 m na godzinę (dla Curiosity było to ok. 20 m na godzinę). Wynik ten uzyskano nie tylko dzięki oddaniu kierownicy łazikowi, a również dokładniejszym mapowaniu i identyfikowaniu zagrożeń za pomocą algorytmów wizyjnych, składających obrazy z wielu kamer w trójwymiarowy obraz terenu.
Mimo nieprzerwanych badań i pracy nad algorytmami, które mogłyby same zadecydować które obiekty w pobliżu są odpowiednio ciekawe i warte zbadania, prawdopodobnie nieprędko zobaczymy roboty autonomicznie definiujące cele misji.