Ученые разрабатывают новый подход к научным исследованиям в космосе

Марсоход Opportunity
Марсоход Opportunity Автор: Wikimedia Commons

Марсоходы НАСА стремятся к новаторским научным открытиям, путешествуя по марсианскому ландшафту. В то же время экипажи, управляющие ими, делают все возможное, чтобы защитить их и миллиарды долларов, стоящих за миссией. Этот баланс между риском и вознаграждением определяет решения, касающиеся того, куда направляются марсоходы, пути, по которым они туда доберутся, и научных открытий, которые они делают.

Исследователи из Института робототехники Школы компьютерных наук (RI) разработали новый подход к балансированию рисков и научной ценности отправки планетоходов в опасные условия.

"Мы рассмотрели, как сбалансировать риск, связанный с посещением сложных мест, и ценность того, что вы можете там обнаружить, — говорит Дэвид Веттергрин, профессор-исследователь, который десятилетиями работал над автономным изучением планет в Университете Карнеги-Меллона (CMU). — Это следующий шаг в автономной навигации и в получении большего количества более качественных данных в помощь ученым".

В своем подходе Веттергрин и его коллега доктор робототехники Альберто Кандела объединили модель, используемую для оценки научной ценности, с моделью, которая оценивает риск. Научная ценность оценивается с помощью уверенности робота в его интерпретации минерального состава горных пород. Если робот считает, что он правильно идентифицировал камни, не нуждаясь в дополнительных измерениях, он может выбрать новое место. Однако, если уверенность робота низка, он может решить продолжить изучение текущей области и улучшить свою минералогическую модель. Ровер Zoë, который десятилетиями тестировал автономность технологий, использовал предыдущую версию этой модели во время экспериментов в 2019 году в пустыне Невада.

Исследователи определили риск с помощью модели, которая использует топографию местности и типы материалов, составляющих местность, чтобы оценить, насколько сложно будет марсоходу добраться до определенного места. Крутой холм с рыхлым песком может помешать миссии марсохода (настоящая проблема на Марсе). В 2004 году НАСА высадило на Красную планету два марсохода Spirit и Opportunity. Миссия Spirit закончилась в 2009 году, когда он застрял в песчаной дюне, а его колеса пробуксовывали при попытке двигаться. Opportunity продолжал работу до 2018 года

Веттергрин и Кандела протестировали свою модель, используя реальные данные о поверхности Марса. Они отправили смоделированный марсоход путешествовать по Марсу, используя эти данные, наметив различные пути в зависимости от риска, а затем оценила научные данные, полученные в результате этих миссий.

"Марсоход отлично справился сам по себе, — рассказывает Кандела, описывая смоделированные миссии на Марс. — Даже при моделировании высокого риска марсоход все еще мог исследовать множество областей, и мы обнаружили, что все еще делаем интересные открытия".

Это исследование основано на десятилетиях работы RI по автономному изучению планет. Документы, относящиеся к 1980-м годам, предлагают и демонстрируют методы, которые позволили бы марсоходам автономно перемещаться по поверхности других планет, а технологии, разработанные в ходе этого исследования, использовались в последних марсоходах.

Пионеры исследования автономных технологий в CMU предложили идею самостоятельного шестиногого робота Ambler, который может расставлять приоритеты для своих целей и прокладывать собственный путь например на Марсе. Команда протестировала шестиметрового робота в начале 1990-х годов. За ним последовали другие марсоходы, в том числе Ratler, Nomad и Hyperion — марсоход во время своего пути следующий за солнцем, чтобы заряжать свои батареи.

Zoë начала свою работу в суровых условиях в 2004 году и преодолела сотни километров в пустыне Атакама в Чили, среде, во многом похожей на Марс. К 2012 году цели Zoë сместились, чтобы сосредоточиться на автономном исследовании и решениях, лежащих в основе того, куда двигаться и какие образцы собирать. Год спустя марсоход самостоятельно решил пробурить почву пустыни. Он обнаружил необычные, узкоспециализированные микробы и тем самым показал, что автоматизированная наука может привести к ценным открытиям.

Кандела и Веттергрин надеются проверить свою недавнюю работу над Zoë во время предстоящей поездки в пустыню Юты. Пара также считает, что их исследования вносят ценный вклад в будущие исследования Луны. Их подход может быть использован учеными в качестве инструмента для предварительного изучения потенциальных маршрутов и уравновешивания риска этих маршрутов с научными знаниями, которые могут быть получены. Этот подход также может помочь поколению автономных вездеходов, отправленных на поверхность планет для проведения научных экспериментов без необходимости постоянного участия человека. 

Веттергри и Кандела представят свою работу "Подход к науке и исследованию планетарных вездеходов с учетом рисков" (An Approach to Science and Risk-Aware Planetary Rover Exploration) на Международной конференции IEEE и RSJ по интеллектуальным роботам и системам в конце этого месяца в Киото.

Редактор: Илья Дочар

Источник: Университет Карнеги-Меллона

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: