Sztuczna inteligencja pomaga naukowcom identyfikować minerały w skałach badanych przez łazik Perseverance.
Niektórzy naukowcy marzą o eksploracji planet za pomocą „inteligentnych” statków kosmicznych, które dokładnie wiedzą, jakich danych szukać, gdzie je znaleźć i jak je analizować. Chociaż urzeczywistnienie tego marzenia zajmie trochę czasu, postępy poczynione dzięki łazikowi marsjańskiemu Perseverance NASA oferują obiecujące kroki w tym kierunku.
Przez prawie trzy lata misja łazika testowała formę sztucznej inteligencji, która poszukuje minerałów w skałach Czerwonej Planety. To pierwszy raz, kiedy sztuczna inteligencja została użyta na Marsie do podejmowania autonomicznych decyzji w oparciu o analizę składu skał w czasie rzeczywistym.
Oprogramowanie obsługuje PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry), spektrometr opracowany przez Jet Propulsion Laboratory NASA w Południowej Kalifornii. Poprzez mapowanie składu chemicznego minerałów na powierzchni skały, PIXL pozwala naukowcom określić, czy skała uformowała się w warunkach, które mogły sprzyjać życiu mikrobiologicznemu w starożytnej przeszłości Marsa.
PIXL, biały instrument w lewym górnym rogu, jest jednym z kilku narzędzi naukowych znajdujących się na końcu ramienia robota na pokładzie łazika Perseverance NASA. Lewa navcam łazika marsjańskiego wykonała obrazy, które składają się na tę kompozycję 2 marca 2021 r.
Źródło: NASA/JPL-Caltech” Oprogramowanie, nazywane „adaptacyjnym próbkowaniem”, autonomicznie ustawia instrument blisko celu skalnego, a następnie przegląda skany celu wykonane przez PIXL, aby znaleźć minerały warte głębszego zbadania. Wszystko odbywa się w czasie rzeczywistym, bez konieczności komunikacji łazika z kontrolerami misji na Ziemi.
„Używamy AI PIXL, aby skupić się na kluczowych zagadnieniach naukowych” — powiedziała główna badaczka instrumentu, Abigail Allwood z JPL. „Bez niej w danych można by dostrzec ślad czegoś interesującego, a następnie trzeba by ponownie zeskanować skałę, aby ją dokładniej zbadać. Pozwala to PIXL na wyciągnięcie wniosków bez konieczności badania danych przez ludzi”.
Dane z instrumentów satelity Perseverance, w tym PIXL, pomagają naukowcom określić, kiedy należy wywiercić rdzeń skalny i zamknąć go w tytanowej rurce, tak aby mógł on, wraz z innymi priorytetowymi próbkami, zostać przewieziony na Ziemię w celu dalszych badań w ramach kampanii Mars Sample Return prowadzonej przez NASA.
To zdjęcie skały zwanej „Szczytem Thunderbolt” zostało wykonane przez łazik marsjański Perseverance należący do NASA przy użyciu technologii PIXL, która określa skład mineralny skał poprzez naświetlanie ich promieniami rentgenowskimi. Każda niebieska kropka na obrazie przedstawia miejsce, w którym Xr… Źródło: NASA/JPL-Caltech/DTU/QUT” Adaptacyjne próbkowanie to nie jedyne zastosowanie AI na Marsie. Około 2300 mil (3700 kilometrów) od Perseverance znajduje się Curiosity NASA, który był pionierem formy AI, która pozwala łazikowi autonomicznie razić skały laserem na podstawie ich kształtu i koloru. Badanie gazu, który wypala się po każdym razeniu laserem, ujawnia skład chemiczny skały. Perseverance posiada tę samą zdolność, a także bardziej zaawansowaną formę AI, która umożliwia mu nawigację bez konkretnych wskazówek z Ziemi. Oba łaziki nadal polegają na dziesiątkach inżynierów i naukowców, którzy planują każdego dnia zestaw setek indywidualnych poleceń, ale ta cyfrowa inteligencja pomaga obu misjom wykonać więcej w krótszym czasie.
„Idea adaptacyjnego próbkowania PIXL polega na tym, aby pomóc naukowcom znaleźć igłę w stogu siana danych, uwalniając im czas i energię, aby mogli skupić się na innych rzeczach” — powiedział Peter Lawson, który kierował wdrażaniem adaptacyjnego próbkowania przed przejściem na emeryturę z JPL. „Ostatecznie pomaga nam to szybciej zebrać najlepsze wyniki badań naukowych”.
Wykorzystanie sztucznej inteligencji do pozycjonowania PIXL
AI wspomaga PIXL na dwa sposoby. Po pierwsze, ustawia instrument dokładnie w odpowiednim miejscu, gdy instrument znajdzie się w pobliżu celu skalnego. Spektrometr, znajdujący się na końcu ramienia robota Perseverance, spoczywa na sześciu maleńkich nogach robota, zwanych heksapodem. Kamera PIXL wielokrotnie sprawdza odległość między instrumentem a celem skalnym, aby pomóc w pozycjonowaniu.
Wahania temperatury na Marsie są na tyle duże, że ramię Perseverance’a rozszerza się lub kurczy w mikroskopijnym stopniu, co może zaburzyć celowanie PIXL. Heksapod automatycznie dostosowuje instrument, aby był wyjątkowo blisko, nie wchodząc w kontakt ze skałą.
„Musimy dokonać korekt w skali mikrometrów, aby uzyskać potrzebną nam dokładność” — powiedział Allwood. „Zbliża się na tyle do skały, że inżynierowi włosy na karku stają dęba”.
Tworzenie mapy minerałów
Gdy PIXL jest na miejscu, inny system AI ma szansę zabłysnąć. PIXL skanuje obszar skały wielkości znaczka pocztowego, wystrzeliwując wiązkę promieni rentgenowskich tysiące razy, aby utworzyć siatkę mikroskopijnych kropek. Każda kropka ujawnia informacje o składzie chemicznym obecnych minerałów.
Minerały są kluczowe dla odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące Marsa. W zależności od skały naukowcy mogą poszukiwać węglanów, które kryją wskazówki, w jaki sposób woda mogła uformować skałę, lub mogą szukać fosforanów, które mogły dostarczać składników odżywczych dla mikrobów, jeśli takie były obecne w przeszłości Marsa.
Naukowcy nie mają możliwości, aby wiedzieć z wyprzedzeniem, który z setek promieni rentgenowskich wykryje konkretny minerał, ale gdy instrument znajdzie określone minerały, może automatycznie zatrzymać się, aby zebrać więcej danych — czynność ta nazywa się „długim zatrzymaniem”. W miarę jak system udoskonala się dzięki uczeniu maszynowemu, lista minerałów, na których PIXL może skupić się za pomocą długiego zatrzymania, rośnie.
„PIXL jest swego rodzaju scyzorykiem szwajcarskim, ponieważ można go skonfigurować w zależności od tego, czego naukowcy szukają w danym momencie” — powiedział David Thompson z JPL, który pomógł opracować oprogramowanie. „Mars to świetne miejsce do testowania AI, ponieważ mamy regularną komunikację każdego dnia, co daje nam szansę na wprowadzanie poprawek w trakcie”.
Gdy przyszłe misje będą podróżować głębiej w głąb Układu Słonecznego, będą poza kontaktem dłużej niż misje na Marsie. Dlatego istnieje duże zainteresowanie rozwijaniem większej autonomii misji, gdy będą się przemieszczać i prowadzić badania naukowe dla dobra ludzkości.
Więcej o misji
Kluczowym celem misji Perseverance na Marsie jest astrobiologia, w tym poszukiwanie śladów starożytnego życia mikrobiologicznego. Łazik scharakteryzuje geologię planety i jej klimat z przeszłości, utoruje drogę do ludzkiej eksploracji Czerwonej Planety i będzie pierwszą misją zbierania i przechowywania marsjańskich skał i regolitów (połamanych skał i pyłu).
Kolejne misje NASA, we współpracy z ESA (Europejską Agencją Kosmiczną), miały na celu wysłanie statków kosmicznych na Marsa w celu zebrania zamkniętych próbek z powierzchni i przywiezienia ich na Ziemię w celu przeprowadzenia dogłębnej analizy.
Misja Mars 2020 Perseverance jest częścią strategii eksploracji Księżyca i Marsa realizowanej przez NASA, która obejmuje misje Artemis na Księżyc, mające na celu przygotowanie Czerwonej Planety do załogowej eksploracji.
JPL, którym w imieniu NASA zarządza Caltech w Pasadenie w Kalifornii, zbudowało i zarządza eksploatacją łazika Perseverance.
Więcej na temat wytrwałości:
mars.nasa.gov/mars2020/
