Nowa metoda może pozwolić zespołom złożonym z wielu robotów na niezależne i niezawodne badanie innych planet

Choć w ciągu ostatnich dziesięcioleci robotycy opracowali coraz bardziej wyrafinowane systemy, zapewnienie autonomicznego działania tych systemów w rzeczywistych środowiskach bez żadnych wpadek jest często trudne. Jest to szczególnie trudne, gdy roboty te są projektowane do stosowania w złożonych środowiskach, w tym w przestrzeni kosmicznej i na innych planetach.

Naukowcy z Uniwersytetu w Glasgow opracowali niedawno nową metodologię, która może pozwolić zespołom składającym się z wielu łazików na niezależne i niezawodne badanie innych planet. Metodę tę wprowadzono w pracy A papier Poprzednio opublikowane na arXivobejmuje dane pobrane z różnych źródeł, w tym dane obrazowe, mapy i informacje zebrane przez czujniki, aby zaplanować efektywne ścieżki dla różnych robotów w zespole.

„Wykorzystanie do badania powierzchni Marsa zespołu łazików planetarnych zamiast pojedynczego łazika mogłoby znacznie zwiększyć możliwości naukowe misji” – powiedziała Tech Xplore Sarah Swinton, pierwsza autorka artykułu. „Wszystkie łaziki do eksploracji planet muszą zapewniać pewien poziom autonomii, ponieważ opóźnienia w komunikacji między Ziemią a Marsem bardzo utrudniają i pochłaniają czas wykonywania zadań dowodzenia przez ludzi. Zatrudnianie zespołu łazików kładzie większy nacisk na autonomię, np. „To prawda coraz trudniej jest ludzkim operatorom koordynować swoje zachowania.”

Głównym celem najnowszego badania przeprowadzonego przez Swinton i jej współpracowników było skuteczne rozwiązanie długotrwałego problemu badawczego w robotyce: wydajnej obsługi autonomicznych misji eksploracji planet z udziałem wielu robotów. W tym celu zespół opracował plan misji obejmujący wiele pojazdów, który umożliwiłby zespołowi kilku łazików – małych robotów zaprojektowanych do eksploracji kosmosu – autonomiczne, bezpieczne i wydajne badanie obszaru powierzchni Marsa.

„Zaproponowana przez nas metoda umożliwia zespołowi robotów autonomiczne badanie powierzchni Marsa w dwóch głównych fazach: tworzenie mapy i planowanie misji” – wyjaśnił Swinton. „Najpierw tworzona jest mapa środowiska przy użyciu danych z sondy Mars Reconnaissance Orbiter. W szczególności wykorzystaliśmy dane z Krateru Jezero, gdzie obecnie działa należący do NASA łazik Perseverance”.

Po stworzeniu mapy środowiska, które łaziki będą eksplorować na Marsie, planista zespołu analizuje ją i dzieli na różne regiony, podkreślając części z terenem, który łaziki mogą bezpiecznie przemierzać. Następnie na wykres nakłada się mapę rozkładu prawdopodobieństwa, która podkreśla prawdopodobieństwo, że łaziki napotkają miejsca o znaczeniu naukowym w określonych lokalizacjach w badanym środowisku.

„Te kropki mogą reprezentować skały, które statek kosmiczny ma pobrać próbkę” – powiedział Swinton. „Po utworzeniu tej mapy nasz planista misji przeszukuje otoczenie, aby określić skuteczną trasę, która zwiększy prawdopodobieństwo znalezienia interesujących miejsc. Następnie dla każdego członka zespołu łazika wyznaczany jest skoordynowany zestaw bezpiecznych ścieżek”.

Schemat misji obejmujący wiele pojazdów opracowany przez Swinton i jej współpracowników ma wiele zalet w porównaniu z wcześniej opracowanymi metodami. Oprócz identyfikacji terenu, po którym łaziki mogą bezpiecznie podróżować i planowania tras ich autonomicznego działania, mapa dostarcza również informacji o tym, gdzie mogą znajdować się miejsca o znaczeniu naukowym.

„Nasz zespół wędrowny jest w stanie bezpiecznie i skutecznie przeszukać całe miejsce misji na obszarze 22 500 metrów² „W stosunkowo krótkim czasie” – powiedział Swinton. „Warto również zauważyć, że każdy łazik pokonuje dystans podobny do obecnego rekordu „najdłuższego dystansu przebytego przez łazik badający planety bez kontroli człowieka”. Nasza praca pokazała również, że efektywność poszukiwań wzrosła dzięki zaangażowaniu zespołu łazika w One łazik”.

Swinton i jej współpracownicy ocenili swoje podejście do mapowania i planowania w serii testów i symulacji przeprowadzonych przy użyciu zestawu losowo wygenerowanych map rozkładu prawdopodobieństwa. Wyniki były bardzo obiecujące i sugerują, że zastosowana metoda mogłaby pozwolić zespołowi składającemu się z pięciu łazików na samodzielne zbadanie obszaru o powierzchni 22 500 metrów kwadratowych.² Na Marsie za około 40 minut.

Chociaż program ten był dotychczas stosowany do eksploracji Marsa, można go zastosować w misjach wykraczających poza eksplorację planet. Na przykład może również pomóc w koordynowaniu wysiłków wielu robotów naziemnych podczas akcji poszukiwawczo-ratowniczych, po prostu korzystając z mapy interesującego środowiska i mapy rozkładu prawdopodobieństwa, która wskazuje lokalizacje, w których roboty najprawdopodobniej napotkają osoby wymagające ratunku lub które potrzebuję pomocy.

W nadchodzących badaniach Swinton i jej współpracownicy planują dalszy rozwój i testowanie swojej metodologii, pracując jednocześnie nad innymi narzędziami obliczeniowymi wspierającymi autonomiczne działanie wielu robotów. Narzędzia te obejmą także sposoby poprawy odporności na błędy w wielu zespołach zajmujących się robotyką.

„Skutki błędów i niepowodzeń stanowią poważny problem w misjach eksploracji planet” – dodał Swinton. „Aby zespół robotów do badań planet mógł zostać uznany za godny zaufania, roboty muszą być w stanie zdiagnozować usterki u siebie i/lub u swoich członków zespołu. Dopiero po zdiagnozowaniu usterek można podjąć działania naprawcze, aby złagodzić wpływ usterki na misję . Wyniki.”