NASA testuje zaawansowane łaziki na Księżyc i Marsa

Na pustyni w południowej Kalifornii NASA przetestowała prototyp łazika ERNEST, który niemal samodzielnie pokonuje trudny teren i może wyznaczyć kierunek przyszłym misjom na Księżyc oraz Marsa.

Test na pustyni

.Na pustynnym odcinku Colorado Desert w południowej Kalifornii kompaktowy, czterokołowy łazik pokonał niedawno około 26 kilometrów przy minimalnej ingerencji towarzyszącego mu zespołu inżynierów. Pojazd nosi nazwę ERNEST, czyli Exploration Rover for Navigating Extreme Sloped Terrain, i służy NASA do rozwijania zarówno autonomii robotów, jak i zdolności poruszania się po wymagającym terenie. Zbudowany w Jet Propulsion Laboratory prototyp ma 1,2 metra długości, a każde z jego siatkowych kół potrafi unieść się nad przeszkodą, która zatrzymałaby sześciokołowe Curiosity i Perseverance. Do tego dochodzą rozszerzone zdolności samodzielnego podejmowania decyzji, które w przyszłości mogłyby trafić do misji sięgających dotąd niedostępnych obszarów Czerwonej Planety lub Księżyca.

Szybciej i dalej

.W terenie ERNEST posłużył jako poligon dla koncepcji przyszłej misji księżycowej, wymagającej większych prędkości i znacznie dłuższych dystansów niż obecne łaziki. Jak tłumaczy Issa Nesnas, główny technolog w JPL kierujący testami w roli szefa autonomii dla koncepcji dalekozasięgowego łazika księżycowego, próby pomagają dopracować sprzęt do jazdy i oprogramowanie autonomiczne tak, by pojazd radził sobie na ogromnych dystansach, w różnym terenie i przy zmiennym oświetleniu spodziewanym na Księżycu. Podczas kampanii ERNEST jechał z prędkością do około 1 km/h przez 37 godzin jazdy rozłożonych na siedem dni testów, co stanowi prędkość o rząd wielkości wyższą niż maksymalna osiągana przez Curiosity i Perseverance. Jak obrazowo ujął to James Keane, planetolog z JPL, takim pojazdem można by odbyć naukową wyprawę przez Księżyc albo Marsa.

Nowe zawieszenie

.Początkowy cel zespołu był czysto mechaniczny: zaprojektować stosunkowo prosty i tani łazik, który rozwinie sprawdzone zawieszenie typu rocker-bogie, obecne w każdym marsjańskim łaziku NASA od czasu Sojournera. Ten pasywny układ utrzymuje względnie stały nacisk na wszystkie koła dzięki przegubom i zastrzałom dopasowującym je do zmieniającej się powierzchni. W ERNEST aktywne zawieszenie pozwala jednak samodzielnie rozkładać ciężar między koła, a dwa napędzane przeguby z przodu poruszają gimbalem, dzięki czemu pojazd jeździ na różne sposoby, od ruchu „wijącego się”, przez stąpanie kołami, po wspinanie się na przeszkody. Mechanizm sprzęgła pozwala przełączać się między trybem aktywnym a pasywnym, mniej sprawnym w terenie, lecz oszczędniejszym energetycznie, a cztery skrętne koła umożliwiają jazdę w dowolnym kierunku, również bokiem. Jak zaznacza Hari Nayar, główny technolog JPL kierujący zespołem ERNEST, punktem wyjścia było założenie, że da się zaprojektować lepszy system poruszania się po powierzchni planety, bo choć rocker-bogie sprawdza się od trzydziestu lat, przez ten czas powstało wiele badań nad mobilnością i interakcją z terenem.

Od prototypu do wersji finalnej

.Zanim powstała obecna wersja, zespół zbudował dwa wcześniejsze prototypy o długości około 0,6 metra, by przetestować 11 konfiguracji aktywnego zawieszenia. W przyczepie wypełnionej symulantem księżycowego regolitu prowadzono eksperymenty pod różnymi kątami nachylenia, przez kilka miesięcy, aż wybrano ostateczny projekt. Następnie konstrukcję powiększono i dodano prostokątną „głowę” osadzoną na maszcie o wysokości 1,4 metra. Sprzęt ukończono we wrześniu 2024 roku, ale łazik wciąż wymagał ludzkiego operatora, który joystickiem wysyłał komendy, jak pokonywać przeszkody.

Łazik uczy się sam

.Aby nauczyć pojazd samodzielnego myślenia, zespół sięgnął po uczenie ze wzmocnieniem, czyli rodzaj sztucznej inteligencji, w którym robot uczy się poprzez interakcję z otoczeniem. Laboratorium Dynamics and Real-Time Simulation w JPL zbudowało wiernie odwzorowane środowisko wirtualne naśladujące zachowanie łazika, które zasilono danymi zebranymi przez inżynierów dokumentujących reakcje prawdziwego sprzętu na różne rodzaje terenu. Na klastrze obliczeniowym dużej mocy uruchamiano wiele symulacji naraz, niekiedy wykonując tysiące godzin testów w ciągu jednego weekendu. Po miesiącach wirtualnego treningu łazik trafił na tor przeszkód w Mars Yard, plenerowym poligonie JPL, gdzie wśród piaskowych zmarszczek, hałd gruzu, stopni i stromych zboczy samodzielnie pokonywał kolejne przeszkody, a od tamtej pory zaliczył wiele takich tras.

W stronę bezdroży

.Teraz zespół Nayara rozpoczyna nowy projekt autonomii, który łączy zdolność łazika do decydowania, kiedy i jak użyć aktywnego zawieszenia, z inteligentną nawigacją na dłuższych dystansach. Celem jest, by ERNEST sam planował wydajną trasę, pokonując przeszkody możliwe do przebycia i omijając te groźne. Jeżeli te zdolności uda się dopracować, przyszłe łaziki będą mogły docierać tam, gdzie dotąd nie sięgała żadna misja, czyli na najtrudniejsze bezdroża Marsa i najbardziej poszarpane zakątki Księżyca.

Szymon Ślubowski