Risico en beloning in evenwicht brengen bij planetaire verkenning

Risico en beloning in evenwicht brengen bij planetaire verkenning

Deze kaart toont mogelijke routes die zijn gepland met een nieuwe modelleringsaanpak om de risico’s van het sturen van autonome robots naar nieuwe plaatsen af ​​te wegen tegen de waarde van wat daar zou kunnen worden ontdekt. Krediet: Carnegie Mellon University

NASA’s Marsrovers streven naar baanbrekende wetenschappelijke ontdekkingen terwijl ze het Marslandschap doorkruisen. Tegelijkertijd doen de bemanningen van de rovers er alles aan om hen en de miljarden dollars achter de missie te beschermen. Deze balans tussen risico en beloning bepaalt de beslissingen over waar de rovers heen gaan, de paden die ze nemen om daar te komen en de wetenschap die ze ontdekken.

Onderzoekers van het Robotics Institute (RI) van de School of Computer Science hebben een nieuwe benadering ontwikkeld om de risico’s en wetenschappelijke waarde van het sturen van planetaire rovers in gevaarlijke situaties in evenwicht te brengen.

David Wettergreen, een onderzoeksprofessor in de RI, en Alberto Candela, die zijn Ph.D. in robotica en is nu een datawetenschapper bij NASA’s Jet Propulsion Laboratory, zullen hun werk, „An Approach to Science and Risk-Aware Planetary Rover Exploration“, presenteren op de IEEE en RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems later deze maand in Kyoto , Japan. De krant is ook gepubliceerd in IEEE Robotica en automatiseringsbrieven.

„We hebben gekeken hoe we het risico dat gepaard gaat met het bezoeken van uitdagende plaatsen kunnen afwegen tegen de waarde van wat je daar zou kunnen ontdekken“, zegt Wettergreen, die tientallen jaren heeft gewerkt aan autonome planetaire verkenning aan de Carnegie Mellon University. „Dit is de volgende stap in autonome navigatie en het produceren van meer en betere gegevens om wetenschappers te helpen.“

Voor hun aanpak combineerden Wettergreen en Candela een model dat wordt gebruikt om de wetenschappelijke waarde te schatten met een model dat risico’s schat. De wetenschappelijke waarde wordt geschat met behulp van het vertrouwen van de robot in zijn interpretatie van de minerale samenstelling van gesteenten. Als de robot denkt dat hij stenen correct heeft geïdentificeerd zonder aanvullende metingen, kan hij ervoor kiezen om iets nieuws te verkennen. Als het vertrouwen van de robot echter laag is, kan hij besluiten het huidige gebied te blijven bestuderen en zijn mineralogisch model te verbeteren. Zoë, een rover die al tientallen jaren technologieën voor autonomie heeft getest, gebruikte een eerdere versie van dit model tijdens experimenten in 2019 in de woestijn van Nevada.

De onderzoekers bepaalden het risico door middel van een model dat de topografie van het terrein en de soorten make-upmateriaal van het terrein gebruikt om in te schatten hoe moeilijk het voor de rover zal zijn om een ​​specifieke locatie te bereiken. Een steile heuvel met los zand zou de missie van een rover kunnen verpesten – een echte zorg op Mars. In 2004 landde NASA twee rovers, Spirit en Opportunity, op Mars. De missie van Spirit eindigde in 2009 toen hij vast kwam te zitten in een zandduin en zijn wielen slipten toen hij probeerde te bewegen. Opportunity ging door en werkte tot 2018.

Risico en beloning in evenwicht brengen bij planetaire verkenning

Zoë, een rover ontwikkeld door Carnegie Mellon University’s Robotics Institute, test autonome technologie in de woestijn. Krediet: Carnegie Mellon University

Wettergreen en Candela hebben hun raamwerk getest met behulp van echte Mars-oppervlaktegegevens. Het paar stuurde een gesimuleerde rover over Mars met behulp van deze gegevens, bracht verschillende paden in kaart op basis van verschillende risico’s en evalueerde vervolgens de wetenschap die met deze missies werd verkregen.

„De rover deed het heel goed op zichzelf“, zei Candela, die de gesimuleerde Mars-missies beschreef. „Zelfs onder risicovolle simulaties waren er nog steeds genoeg gebieden voor de rover om te verkennen, en we ontdekten dat we nog steeds interessante ontdekkingen deden.“

Dit onderzoek bouwt voort op decennia van RI-onderzoek naar autonome planetaire verkenning. Papers die teruggaan tot de jaren tachtig stellen methoden voor en demonstreren methoden waarmee rovers autonoom over het oppervlak van andere planeten kunnen bewegen, en de technologie die door dit onderzoek is ontwikkeld, is gebruikt op recente Mars-rovers.

Baanbrekende autonome technologie-onderzoekers bij CMU stelden Ambler voor, een zelfredzame, zesbenige robot die zijn doelen zou kunnen prioriteren en zijn eigen pad zou kunnen uitstippelen op plaatsen zoals Mars. Het team testte de zes meter hoge robot begin jaren negentig. Meer rovers volgden, waaronder Ratler, Nomad en Hyperion – een rover die is ontworpen om de zon te volgen terwijl deze reist om zijn batterijen op te laden.

Zoë begon haar werk in ruige omgevingen in 2004 en heeft honderden kilometers gereisd in de Chileense Atacamawoestijn, een omgeving die in veel opzichten lijkt op Mars. Tegen 2012 verschoven Zoë’s missies in de woestijn naar autonome verkenning en de beslissingen over waar te gaan en welke monsters te verzamelen. Een jaar later besloot de rover autonoom in de woestijngrond te boren en ontdekte wat ongebruikelijke, zeer gespecialiseerde microben bleken te zijn, wat aantoont dat geautomatiseerde wetenschap kan leiden tot waardevolle ontdekkingen.

Candela en Wettergreen hopen hun recente werk op Zoë te testen tijdens een aanstaande reis naar de woestijn van Utah. Het paar ziet ook dat hun onderzoek een waardevolle bijdrage levert aan toekomstige maanverkenning. Hun aanpak kan door wetenschappers worden gebruikt als een hulpmiddel om van tevoren mogelijke routes te onderzoeken en het risico van die routes af te wegen tegen de wetenschap die kan worden gewonnen. De aanpak zou ook een generatie autonome rovers kunnen helpen die naar het oppervlak van planeten worden gestuurd om wetenschappelijke experimenten uit te voeren zonder de noodzaak van voortdurende menselijke tussenkomst. De rover kon het risico en de beloning inschatten voordat hij zijn eigen koers uitstippelde.

„Ons doel is niet om wetenschappers te elimineren, niet om de persoon uit het onderzoek te verwijderen,“ zei Wettergreen. „Het gaat erom dat een robotsysteem productiever kan zijn voor wetenschappers. Ons doel is om meer en betere gegevens te verzamelen die wetenschappers kunnen gebruiken bij hun onderzoek.“


Een CADRE van mini-rovers navigeert door het maanterrein van SLOPE


Meer informatie:
Alberto Candela et al, An Approach to Science and Risk-Aware Planetary Rover Exploration, IEEE Robotica en automatiseringsbrieven (2022). DOI: 10.1109/LRA.2022.3191949

Conferentie: IEEE en RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems

Geleverd door Carnegie Mellon University

Citaat: Afweging van risico en beloning in planetaire verkenning (2022, 24 oktober) opgehaald op 25 oktober 2022 van https://phys.org/news/2022-10-reward-planetary-exploration.html

Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert