Gelecek nesil Mars Ve Ay keşif bir evcil hayvandan çok bir ev hayvanına benzeyebilir geleneksel gezicirobotik “köpekler” bir gün yabancı arazide yuvarlanmak yerine yürüyor.
Yayınlanan yeni bir çalışmada Uzay Teknolojilerinde Sınırlararaştırmacılar şunu göstermiştir ki dört ayaklı robotik sistem Gelişmiş bilimsel araçlarla donatılmış, yüzeyleri taklit edecek şekilde tasarlanmış ortamlardaki jeolojik hedefleri bağımsız olarak keşfedebilir, analiz edebilir ve tanımlayabilir. Mars ve Ay.
Bulgular, gezegen araştırmalarında temel bir dönüşümün altını çiziyor: Yavaş, insan odaklı görevlerden, güneş sistemindeki en zorlu arazileri verimli bir şekilde geçebilen ve inceleyebilen çevik, yarı otonom teknolojilere geçiş.
Araştırmacılar, “Gelecekteki gezegensel keşif misyonları, astrobiyolojik araştırmalar ve yerinde kaynak kullanımı (ISRU) için litolojileri, kaya dokularını ve mineralojileri verimli bir şekilde tanımlamak ve karakterize etmek için gelişmiş robotik yetenekler gerektiriyor” diye yazıyor. “Bu çalışma, Ay ve Mars’ta daha hızlı, daha verimli yüzey aramayı mümkün kılabilecek, ayaklı bir robot sistemi kullanan alternatif bir yarı otonom, çok hedefli keşif stratejisini araştırıyor.”
Araştırmada araştırmacılar, tarafından inşa edilen dört ayaklı bir robot olan “ANYmal”ı kullandılar. Anybotik ve özel olarak donatılmış robotik kol Mikroskobik bir görüntüleyici ve bir Raman spektrometresi taşıyordu; bunlar kaya dokularını inceleyebilen ve sahadaki mineral bileşimini tanımlayabilen araçlardı.
Geleneksel tekerlekli gezicilerin aksine dik veya dengesiz arazide mücadeleANYmal gibi bacaklı robotlar, krater duvarları, kırık araziler ve buz bakımından zengin yamaçlar dahil olmak üzere uzun süre erişilemeyen bölgelere erişebilir.
Araştırmacılar, bu çalışmada gösterilen yeteneklerin, özellikle Dünya ile iletişimin sınırlı olduğu ortamlarda verimli, bağımsız keşiflerin ilerletilmesi için önemli olduğunu savunuyorlar.
Uzay Araştırmalarında Darboğaz
Onlarca yıldır robotik keşifler yalnızca mühendislik zorluklarıyla değil aynı zamanda fizikle de sınırlıydı.
Açık MarsDünya ile robotik görevler arasındaki iletişim gecikmeleri tek yön için 3 ila 22 dakika arasında değişebilir. Bu, her hareketin, ölçümün veya kararın önceden dikkatlice planlanması gerektiği anlamına gelir ve çoğu zaman acı verici derecede yavaş ilerlemeye neden olur. Bilim adamları gelen verileri analiz edip bir sonraki komut dizisini hazırlarken, en gelişmiş geziciler bile genellikle günde yalnızca birkaç düzine ila birkaç yüz metre yol kat eder.
Bu sınırlama, güneş sisteminden daha uzak bölgeleri keşfetmeyi amaçlayan misyonlar için daha da ciddi hale geliyor. Gibi yerlere gelecekteki görevler Satürn’ün uydusu TitanGecikmelerin bir saati aştığı durumlarda, kararları büyük oranda kendi başına verebilen robotlara ihtiyaç duyulacak.
Araştırmacılar, adım adım insan denetimine güvenmek yerine, bir robotun tek bir görev döngüsü içinde birden fazla bilimsel hedefi otonom olarak tanımlayıp analiz edip edemeyeceğini test ederek bu sorunu çözmeye çalışıyor.
Mars ve Ay’ı Dünya’daki herhangi bir şeyle test etmek
Gerçek dünya koşullarını taklit etmek için ekip, kontrollü ortamlarda Mars ve Ay arazisini taklit eden bir dizi analog görev gerçekleştirdi.
Basel Üniversitesi’ndeki “Marslabor” olarak bilinen laboratuvarda araştırmacılar, Mars yüzeyi bazalt parçaları ve hematit açısından zengin malzemeler kullanılarak koşullar. Aydınlatma koşulları, Mars’ta bulunan doğrudan ve dağınık güneş ışığının dengesini taklit edecek şekilde dikkatlice ayarlandı.
Ay simülasyonları için ekip, geniş gölgelerin ve yüksek kontrastın yüzey özelliklerini gizleyebildiği Ay’ın güney kutup bölgeleri yakınındaki aşırı aydınlatma koşullarını taklit etmek için neredeyse karanlıkta deneyler gerçekleştirdi.
Robotun görevi, gezegen tarihini analiz etmek ve potansiyel kaynakları değerlendirmek için bilimsel açıdan önemli olan alçıtaşı, karbonat kayaları, bazalt, dünit ve anortozit gibi Mars ve Ay’da var olduğu bilinen çeşitli kaya türlerini tanımlamak ve analiz etmekle görevlendirildi.
Başka Bir Dünyayı Keşfetmenin İki Yolu
Çalışma iki farklı keşif stratejisini karşılaştırdı. Yarı otonom, çok hedefli bir yaklaşım olan ilkinde, insan operatörler görevin başlangıcında birden fazla hedef seçiyordu. ANYmal robotu daha sonra tüm navigasyonu, konumlandırmayı ve bilimsel ölçümleri bağımsız olarak gerçekleştirdi.
İkincisinde, operatörler ANYmal robotunu adım adım yönlendirmek, her ölçümden sonra verileri gözden geçirmek ve bir sonraki adımın ne olacağına karar vermek gibi daha geleneksel bir yöntemi kullandılar.
Sonuçlar, yarı otonom sistemin dört Mars benzeri görevde hedefleri %66,7 ila %100 oranlarında başarıyla tespit ettiğini ve görev sürelerinin 12 dakika kadar kısa olduğunu gösterdi.
Buna karşılık, insan güdümlü ay görevi %100 mükemmel bir başarı oranına ulaştı; ancak tamamlanması 41 dakika gerektirerek önemli ölçüde daha uzun sürdü. Bu ödünleşim gelecekteki keşiflerde önemli bir gerilimin altını çiziyor: hıza karşı hassasiyet.
Uzaylı Dünyalarını Görmek ve “Dokunmak”
Sistemdeki büyük bir yenilik, iki tamamlayıcı aracın birleşimidir.
Özel olarak oluşturulmuş bir mikroskobik görüntüleyici, kaya dokularının yüksek çözünürlüklü yakın çekim görüntülerini yakalayarak tane boyutu, katmanlanma ve yapısal desenler gibi özellikleri ortaya çıkarır. Bu arada, robotun koluna monte edilen Raman spektrometresi, karakteristik spektral tepe noktalarını (lazer ışığı mineral molekülleri ile etkileşime girdiğinde üretilen spektrumdaki ayırt edici işaretleyiciler) tespit ederek numunelerin mineral bileşimini tanımlamak için lazer bazlı spektroskopiyi kullanıyor.
Bu araçlar bir arada, ANYmal robotunun bulguları gözlemlemesine, hipotez kurmasına ve onaylamasına olanak tanıyor; bu, bir insan jeologun sahada yapacağına oldukça yakın bir şey.
Mars simülasyonlarında sistem, alçıtaşını yaklaşık 1010 cm⁻¹’deki belirgin bir Raman zirvesi aracılığıyla başarıyla tanımladı. Bu arada yaklaşık 473 cm⁻¹ seviyesinde kükürt yatakları tespit edildi.
Ay simülasyonlarında robot, olivin açısından zengin dünit ve titanyum içeren rutil tespit etti; bunların her ikisi de gezegen oluşumunu ve potansiyel kaynak çıkarımını analiz etmek için önemli kabul ediliyor.
ANYmal’in Bacakları Neden Önemlidir?
Belki de çalışmanın en önemli sonucu aletlerde değil, ANYmal robotun kendisinde yatmaktadır.
NASA’nın Merak ve Azim gibi geleneksel geziciler tekerleklere güveniyor; bu da etkili ancak sınırlı bir çözüm. Dik yokuşlar, gevşek regolit ve kayalık engeller ilerlemelerini hızla durdurabilir.
Bunun aksine, ANYmal gibi bacaklı robotlar engellerin üzerinden geçebilir, engebeli arazide dengeyi koruyabilir ve tekerlekli sistemlerin erişemeyeceği alanlara erişebilir.
Bu, tortul katmanlar, hidrotermal sistemler ve buz açısından zengin ortamlar gibi geçmiş yaşamın izlerini koruma olasılığı en yüksek olan alanlar da dahil olmak üzere, keşif için tamamen yeni bölgeler açabilir.
Otonom Bilime Doğru Bir Geçiş
Çalışma, robotların uzaktan kumandalı araçlardan otonom bilimsel ajanlara dönüşmesini öngörüyor.
Makinelerin minimum insan müdahalesiyle hedefleri seçmesine, analiz etmesine ve önceliklendirmesine olanak tanıyan misyonlar, Dünya’dan milyonlarca kilometre uzakta çalışırken daha fazla alanı kapsayabilir, daha fazla veri toplayabilir ve yeni keşiflere dinamik bir şekilde yanıt verebilir.
Araştırmacılar bu yaklaşımın misyonlar açısından vazgeçilmez olacağını vurguluyor güneş sisteminin derinliklerine doğru itinİletişim gecikmelerinin gerçek zamanlı kontrolü imkansız hale getirdiği durumlarda.
Elde edilen sonuçlar, yarı otonom sistemlerin, bilimsel değerden ödün vermeden gezegen araştırmalarının verimliliğini önemli ölçüde artırabileceğini gösteriyor.
Sonuçlar umut verici olsa da, çalışma aynı zamanda zorlukları da vurguluyor.
Toz, aydınlatma koşulları ve cihazın konumu gibi çevresel faktörler veri kalitesini etkileyebilir. Bazı durumlarda, bulanık görüntüler veya gürültülü spektral okumalar, sistemin hedefleri doğru şekilde tanımlama yeteneğini sınırladı.
Yine de deneylerin genel başarısı, bu engellerin aşılabilir olduğunu ve yarı otonom keşiflerin faydalarının risklerden çok daha ağır basabileceğini gösteriyor.
Sonuçta, uzay ajansları Ay’a, Mars’a ve ötesine yönelik yeni bir görev dalgasına hazırlanırken, ANYmal gibi otonom dört ayaklı robot kaşifler yakında bilim kurgu dünyasından gezegensel keşif gerçekliğine geçebilir.
Araştırmacılar şu sonuca varıyor: “Çalışmamız, çok hedefli yarı otonom keşif yaklaşımının, bir robotu gerçek zamanlı olarak kontrol edememenin keşif sürelerini ve dolayısıyla görevin bilimsel geri dönüşünü önemli ölçüde yavaşlattığı gezegen yüzey görevlerindeki jeolojik araştırmalar için geçerli bir seçenek olduğunu gösteriyor.” “Bu bulgular, operasyonel kısıtlamalara ve gezegensel ortamlara dayalı olarak görev otomasyonunu, verimliliği ve bilimsel getiriyi dengeleme ihtiyacını vurguluyor.”
Tim McMillan emekli bir kolluk kuvveti yöneticisi, araştırmacı muhabir ve The Debrief’in kurucu ortağıdır. Yazıları genellikle savunma, ulusal güvenlik, İstihbarat Topluluğu ve psikoloji ile ilgili konulara odaklanmaktadır. Tim’i Twitter’da takip edebilirsiniz: @LtTimMcMillan. Tim’e e-posta yoluyla ulaşılabilir: [email protected] veya şifreli e-posta yoluyla: [email protected]
