ERNEST: ketterä autonominen rover haastaa perinteet

Kuvittele kulkija, joka ajattelee liikkuessaan ja etenee kuin erämaan kuriiri. Tätä kuvaa JPL:n insinöörit tavoittelevat ERNESTin avulla, kompaktilla nelipyöräisellä prototyypillä, joka on rakennettu kiitämään halki sellaisen rikkonaisen, viettävän maaston, jossa vanhemmat ajoneuvot ovat takertuneet.

Ainoastaan 1,2 metriä pitkä ERNEST (nimi tulee sanoista Exploration Rover for Navigating Extreme Sloped Terrain) näyttää lähes iloiselta rinnallaan niihin jykeviin maastoautoihin verrattuna, jotka aiemmin partioivat testialueilla. Älä anna koon hämätä. Viimeisissä kenttätesteissä Coloradon erämaassa pieni kulkija ylläpiti noin kilometrin tuntinopeutta. Nasan mukaan se on suunnilleen kymmenkertainen nopeus verrattuna Curiosity- ja Perseverance-rovereihin, kun ne tarpomalla selvittävät vaikeaa maastoa.

Nopeudella on väliä. Nopeampi eteneminen tarkoittaa sitä, että enemmän tutkimusta voidaan tehdä lyhyemmässä ajassa, ja se muuttaa myös tehtäväsuunnittelua: sen sijaan että edettäisiin kohdetta kohti viikkoja, nopeammin ajattelevat ja liikkuvat kulkijat avaavat ovet laajemmalle, tienomaiseen tutkimusretkeilyyn kuun ja Marsin maisemissa. Miten ERNEST sen tekee? Osittain mekaanista osaamista, osittain koneoppimista.

Kompaktin rungon alla on edistyksellinen iskunvaimennusjärjestelmä, joka tasapainottaa painonjakoa pyörien välillä pinnan kaltevuuden muuttuessa. Etuosassa on kaksi moottoroitua nivelikohtaa ja kaikki neljä pyörää pystyvät ohjaamaan itsenäisesti, mikä mahdollistaa sivuttaisliikkeet ja varmat nousut esteiden yli, jotka jäykemmät alustaratkaisut pysäyttäisivät. Yksinkertaisesti sanottuna: se voi lipua rinnettä pitkin, kääntyä halkeamaan ja kiivetä, sen sijaan että pakottaisi yhden reitin.

Autonomia on se alue, jossa ERNEST todistaa kykynsä. JPL:n insinöörit kouluttivat vahvistusoppimiseen perustuvia algoritmeja ensin Mars Yardin tutuissa puitteissa ja sitten koettelivat niitä todellisissa olosuhteissa erämaassa. Ohjelmisto ei noudata etukäteen kirjoitettuja käsikirjoituksia. Sen sijaan se oppii vuorovaikutuksesta ympäristönsä kanssa, hioen päätöksiä siitä, mitä reittejä valita, milloin muuttaa asentoa ja kuinka aggressiivisesti tavoitella nopeutta ilman vaurion riskiä.

Testit eivät rajoittuneet päiväajoihin. Tiimi arvioi ERNESTin jopa täydellisessä pimeydessä jäljitelläkseen heikon valaistuksen tilanteita, kuten kuun aamun ja illan hetkiä, jolloin varjot syvenevät ja visuaaliset vihjeet himmenevät. Yötestit auttoivat hionnoissa anturifuusion ja navigaation rutiineja, jotta kulkija voi ylläpitää pitkiä ajomatkoja vaihtelevassa valaistuksessa ja maastossa.

"Näemme ajoneuvon, joka voi toteuttaa tieteellisen kierroksen, ei vain yksittäistä kohteeseen hyppäämistä", sanoo JPL:n planeettatutkija James Keane kuvatessaan, miten pitkäkestoinen eteneminen muokkaa sitä, mitä robottitutkimus voi saavuttaa. JPL:n teknologi Iza Nesnas lisää, että käytännön erämaakokeilut olivat ratkaisevia mobiililaitteiston ja autonomiajärjestelmän hiomisessa kuulla odotettavien erilaisten pintojen ja valaistusolosuhteiden varalle.

Isompi ja nopeampi ERNEST voisi eräänä päivänä tiedustella kokonaisia kuun alueita astronauttien edellä, kartoittaen turvallisia reittejä ja löytäen lupaavia tieteellisiä kohteita.

Tie prototyypistä lentolaitteistoon vaatii skaalausta ja kelpuutusta: kestävämpiä materiaaleja, säteilyä kestäviä elektroniikoita ja perusteellisia kestävyystestejä. Siitä huolimatta ERNESTin yhdistelmä mekaanista joustavuutta ja sopeutuvaa älykkyyttä merkitsee muutosta rover-ajattelussa. Perinteisten, yhä suurempien ja hitaampien alustojen rakentamisen sijaan suunnittelijat tutkivat ketteriä, älykkäitä koneita, jotka voivat kulkea pidemmälle ja tuoda enemmän tieteellistä tietoa päivässä.

Jos kenttäkokeet tuottavat jatkossakin tuloksia, seuraavan sukupolven planeettaroverit eivät välttämättä saavu kömpelöinä jättiläisinä vaan nopeina, sitkeinä tiedustelijoina, jotka voivat kiitää maiseman poikki ja jahdata komeetan sirpaletta yhdellä hetkellä ja tutkia vulkaanista halkeamaa seuraavana. Kuka johtaa tätä tiedustelua? Toistaiseksi pieni, rohkea ERNEST tekee vahvan ehdon.