De nieuwe methode kan multi-robotteams in staat stellen om onafhankelijk en betrouwbaar andere planeten te verkennen

Hoewel robotici de afgelopen decennia steeds geavanceerdere systemen hebben ontwikkeld, is het vaak moeilijk om ervoor te zorgen dat deze systemen autonoom kunnen functioneren in reële omgevingen zonder ongelukken. Dit is vooral moeilijk wanneer deze robots zijn ontworpen om te worden ingezet in complexe omgevingen, waaronder de ruimte en andere planeten.

Onderzoekers van de Universiteit van Glasgow hebben onlangs een nieuwe methodologie ontwikkeld waarmee teams van meerdere rovers onafhankelijk en betrouwbaar andere planeten kunnen verkennen. Deze methode werd geïntroduceerd in A papier Eerder gepubliceerd op arXiv,bevat gegevens uit verschillende bronnen, waaronder beeldgegevens, kaarten en informatie verzameld door sensoren, om efficiënte paden te plannen voor de verschillende robots in het team.

“Het gebruik van een team van planetaire verkenningsrovers om het oppervlak van Mars te verkennen, in plaats van een enkele rover, zou de wetenschappelijke mogelijkheden van de missie aanzienlijk kunnen vergroten”, vertelde Sarah Swinton, eerste auteur van het artikel, aan Tech Xplore. “Alle planetaire verkenningsrovers moeten een bepaald niveau van autonomie gebruiken, omdat de communicatielatentie tussen de aarde en Mars het voor mensen erg moeilijk en tijdrovend maakt om commandoacties uit te voeren steeds moeilijker voor menselijke operators om hun gedrag te coördineren.”

Het primaire doel van de nieuwste studie van Swinton en haar medewerkers was het effectief aanpakken van een al lang bestaand onderzoeksprobleem op het gebied van robotica: de efficiënte afhandeling van autonome planetaire verkenningsmissies met meerdere robots. Om dit te doen ontwikkelde het team een ​​missieschema met meerdere voertuigen waarmee een team van verschillende rovers, dit zijn kleine robots die zijn ontworpen voor ruimteverkenning, autonoom, veilig en efficiënt een gebied op het oppervlak van Mars kan verkennen.

“De door ons voorgestelde methode stelt het robotteam in staat om autonoom het oppervlak van Mars te verkennen via twee hoofdfasen: het maken van kaarten en het plannen van missies”, legt Swinton uit. “Eerst wordt een kaart van de omgeving gemaakt met behulp van gegevens van de Mars Reconnaissance Orbiter. We hebben specifiek gegevens gebruikt van de Jezero-krater, waar NASA’s Perseverance-rover momenteel actief is.”

Nadat de planner van het team een ​​kaart heeft gemaakt van de omgeving die de rovers op Mars zullen verkennen, analyseert deze deze en verdeelt deze in verschillende regio’s, waarbij delen met terrein worden gemarkeerd die de rovers veilig kunnen doorkruisen. De kaart legt vervolgens een kaart met kansverdeling over elkaar heen, die de waarschijnlijkheid benadrukt dat rovers locaties van wetenschappelijk belang zullen tegenkomen op specifieke locaties in de omgeving die ze verkennen.

“Deze stippen kunnen rotsen vertegenwoordigen waarvan we willen dat ruimtevaartuigen er monsters van nemen,” zei Swinton. “Zodra deze kaart is gemaakt, doorzoekt onze missieplanner de omgeving om een ​​efficiënte route te bepalen die de kans op het vinden van interessante plaatsen vergroot. Vervolgens wordt voor elk lid van het roverteam een ​​gecoördineerde reeks veilige paden bepaald.”

Het door Swinton en haar collega’s ontwikkelde missieschema met meerdere voertuigen heeft verschillende voordelen ten opzichte van eerder ontwikkelde methoden. Naast het identificeren van terreinen waar rovers veilig kunnen reizen en het plannen van routes voor hun autonome werking, biedt de kaart ook informatie over waar locaties van wetenschappelijk belang zich zouden kunnen bevinden.

“Ons roverteam kan veilig en efficiënt de volledige missielocatie doorzoeken met een oppervlakte van 22.500 vierkante meter.² “In relatief korte tijd,” zei Swinton, “is het ook vermeldenswaard dat elke rover een zelfrijdende afstand aflegt die vergelijkbaar is met het huidige record voor ‘de langste afstand die een planetaire verkenningsrover heeft afgelegd zonder menselijke beoordeling.’” Ons werk toonde ook aan dat de zoekefficiëntie werd verbeterd door het roverteam op One rover te gebruiken.”

Swinton en haar collega’s evalueerden hun mapping- en planningsaanpak in een reeks tests en simulaties die werden uitgevoerd met behulp van een reeks willekeurig gegenereerde waarschijnlijkheidsverdelingskaarten. Hun resultaten waren veelbelovend en suggereerden dat hun methode een team van vijf rovers in staat zou stellen onafhankelijk een gebied van 22.500 vierkante meter te verkennen.² Op Mars in ongeveer 40 minuten.

Hoewel het plan tot nu toe is toegepast op de verkenning van Mars, zou het ook kunnen worden toegepast op missies die verder gaan dan planetaire verkenning. Het kan bijvoorbeeld ook helpen bij het coördineren van de inspanningen van meerdere grondrobots tijdens zoek- en reddingsoperaties, eenvoudigweg door gebruik te maken van een kaart van de betreffende omgeving en een kansverdelingskaart die locaties markeert waar robots het meest waarschijnlijk mensen tegenkomen die gered moeten worden of wie assistentie nodig.

In hun komende onderzoeken zijn Swinton en haar collega’s van plan hun methodologie verder te ontwikkelen en te testen, terwijl ze ook werken aan andere computerhulpmiddelen om de autonome werking van meerdere robots te ondersteunen. Deze tools omvatten ook manieren om de fouttolerantie tussen meerdere roboticateams te verbeteren.

“De gevolgen van fouten en mislukkingen zijn een ernstige zorg bij planetaire verkenningsmissies,” voegde Swinton eraan toe. “Om een ​​team van planetaire verkenningsrobots als betrouwbaar te kunnen beschouwen, moeten de robots fouten bij zichzelf en/of hun teamgenoten kunnen diagnosticeren. Pas als de fouten zijn gediagnosticeerd, kunnen herstelacties worden ondernomen om de eventuele impact van de fout op de missie te beperken Resultaten.”