PIXL, biały instrument w lewym górnym rogu, to jedno z kilku narzędzi naukowych znajdujących się na końcu ramienia robota na pokładzie łazika Perseverance należącego do NASA. Zdjęcia składające się na tę kompozycję wykonała lewa kamera nawigacyjna łazika marsjańskiego 2 marca 2021 r. Źródło: NASA/JPL-Caltech
Sztuczna inteligencja pomaga naukowcom identyfikować minerały w skałach badanych przez łazik Perseverance.
NASAŁazik Perseverance włączony Mars wykorzystuje zaawansowane technologie sztucznej inteligencji, takie jak próbkowanie adaptacyjne za pomocą instrumentu PIXL, do autonomicznej analizy składu skał w poszukiwaniu potencjalnych oznak pradawnego życia drobnoustrojów. Stanowi to znaczący krok w kierunku inteligentniejszych misji kosmicznych, które mogą podejmować decyzje w czasie rzeczywistym bez interwencji człowieka.
Inteligentne statki kosmiczne i sztuczna inteligencja w eksploracji kosmosu
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 należącemu do NASA łazikowi marsjańskiemu Perseverance stanowią obiecujące kroki w tym kierunku.
Od prawie trzech lat misja łazika testuje formę sztuczna inteligencja która poszukuje minerałów w skałach Czerwonej Planety. To pierwszy przypadek wykorzystania sztucznej inteligencji na Marsie do podejmowania autonomicznych decyzji na podstawie analizy składu skał w czasie rzeczywistym.
Na tym filmie poklatkowym przedstawiającym test przeprowadzony o godz JPL w czerwcu 2023 r. model inżynieryjny instrumentu Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL) znajdującego się na pokładzie łazika marsjańskiego Perseverance należącego do NASA umieszcza się na skale w celu gromadzenia danych. Źródło: NASA/JPL-Caltech
Analiza minerałów na Marsie wspomagana sztuczną inteligencją
Oprogramowanie obsługuje PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry), spektrometr opracowany przez Jet Propulsion Laboratory NASA w południowej Kalifornii. Mapując skład chemiczny minerałów na powierzchni skały, PIXL pozwala naukowcom określić, czy skała powstała w warunkach, które mogły sprzyjać życiu mikrobiologicznemu w starożytnej przeszłości Marsa.
Oprogramowanie, zwane „próbkowaniem adaptacyjnym”, automatycznie ustawia instrument w pobliżu celu skalnego, a następnie przegląda skany celu wykonane przez PIXL w celu znalezienia minerałów wartych głębszego zbadania. Wszystko odbywa się w czasie rzeczywistym, bez konieczności komunikowania się łazika z kontrolerami misji na Ziemi.
Postępy w zakresie autonomiczności łazików i pobierania próbek
„Korzystamy ze sztucznej inteligencji PIXL, aby dotrzeć do kluczowych informacji naukowych” – powiedziała główna badaczka instrumentu, Abigail Allwood z JPL. „Bez tego w danych dostrzegłbyś wskazówkę dotyczącą czegoś interesującego i musiałbyś ponownie przeskanować skałę, aby dokładniej ją zbadać. Dzięki temu PIXL może wyciągnąć wnioski bez konieczności sprawdzania danych przez człowieka”.
Dane z instrumentów Perseverance, w tym PIXL, pomagają naukowcom określić, kiedy należy wywiercić rdzeń skalny i zamknąć go w tytanowej metalowej rurce, tak aby wraz z innymi próbki o wysokim prioryteciemożna by sprowadzić na Ziemię w celu dalszych badań w ramach prowadzonej przez NASA kampanii Mars Sample Return.
Powyższe zdjęcie celu skalnego, zwanego „Szczytem Pioruna”, wykonał należący do NASA łazik marsjański Perseverance przy użyciu technologii PIXL, która określa skład mineralny skał poprzez uderzanie w nie promieniami rentgenowskimi. Każda niebieska kropka na zdjęciu reprezentuje miejsce, w które uderzyło promieniowanie rentgenowskie. Źródło: NASA/JPL-Caltech/DTU/QUT
Rozszerzanie możliwości sztucznej inteligencji poza Marsa
Próbkowanie adaptacyjne nie jest jedynym zastosowaniem sztucznej inteligencji na Marsie. O 2300 mil (3700 kilometrów) z Perseverance to NASA Curiosity, która jest pionierem w dziedzinie sztucznej inteligencji, która pozwala łazikowi na autonomiczne uderzaj kamieniami za pomocą lasera na podstawie ich kształtu i koloru. Badanie gazu spalającego się po każdym uderzeniu lasera pozwala odkryć skład chemiczny skały. Perseverance ma tę samą zdolność, a także bardziej zaawansowaną formę sztucznej inteligencji, która umożliwia jej nawigację bez określonego kierunku z Ziemi. Obydwa łaziki w dalszym ciągu korzystają z pomocy dziesiątek inżynierów i naukowców, którzy planują zestaw setek indywidualnych poleceń na każdy dzień, ale te cyfrowe rozwiązania pomagają obu misjom wykonać więcej w krótszym czasie.
„Ideą próbkowania adaptacyjnego PIXL jest pomoc naukowcom w odnalezieniu igły w stogu siana danych, dzięki czemu mogą skupić się na innych rzeczach” – powiedział Peter Lawson, który przed przejściem na emeryturę z JPL kierował wdrażaniem próbkowania adaptacyjnego. „Ostatecznie pomaga nam to szybciej gromadzić najlepszą wiedzę naukową”.
Precyzyjne pozycjonowanie z wykorzystaniem technologii AI
Sztuczna inteligencja pomaga PIXL na dwa sposoby. Po pierwsze, ustawia instrument dokładnie w momencie, gdy znajduje się on w pobliżu celu skalnego. Spektrometr, umieszczony na końcu automatycznego ramienia Perseverance, jest osadzony na sześciu maleńkich robotycznych nogach, zwanych sześcionogiem. 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 rozszerza się lub kurczy w mikroskopijnym stopniu, co może spowodować, że PIXL nie trafi w cel. Sześcionóg automatycznie dostosowuje instrument tak, aby był wyjątkowo blisko bez kontaktu ze skałą.
„Aby uzyskać wynik, musimy dokonać regulacji w skali mikrometrów dokładność potrzebujemy” – powiedział Allwood. „Zbliża się na tyle blisko skały, że inżynierowi jeżą się włosy na karku”.
Tworzenie szczegółowych map minerałów za pomocą sztucznej inteligencji
Gdy PIXL znajdzie się na swoim miejscu, inny system sztucznej inteligencji otrzyma szansę zabłyśnięcia. PIXL skanuje obszar skały wielkości znaczka pocztowego i tysiące razy emituje wiązkę promieniowania rentgenowskiego, tworząc siatkę mikroskopijnych kropek. Każda kropka ujawnia informację o składzie chemicznym występujących minerałów.
Minerały odgrywają kluczową rolę w odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące Marsa. W zależności od skały naukowcy mogą poszukiwać węglanów, które skrywają wskazówki dotyczące powstania skały przez wodę, lub mogą szukać fosforanów, które mogłyby zapewnić składniki odżywcze mikrobom, jeśli takie istniały w przeszłości Marsa .
Przyszła autonomia w misjach kosmicznych
Naukowcy nie mają możliwości sprawdzenia z wyprzedzeniem, który z setek impulsów rentgenowskich spowoduje wykrycie konkretnego minerału, ale gdy instrument znajdzie określone minerały, może automatycznie zatrzymać się, aby zebrać więcej danych — jest to działanie zwane „długim postojem” .” W miarę ulepszania systemu nauczanie maszynowelista minerałów, na których PIXL może się skupić przy długim postoju, rośnie.
„PIXL to coś w rodzaju szwajcarskiego scyzoryka, ponieważ można go konfigurować w zależności od tego, czego naukowcy szukają w danym momencie” – powiedział David Thompson z JPL, który pomógł w opracowaniu oprogramowania. „Mars to świetne miejsce do testowania sztucznej inteligencji, ponieważ codziennie utrzymujemy regularną komunikację, co daje nam szansę na wprowadzenie ulepszeń po drodze”.
Kiedy przyszłe misje dotrą w głąb Układu Słonecznego, nie będą z nimi kontaktu dłużej niż obecnie misje na Marsie. Dlatego też istnieje duże zainteresowanie zwiększeniem autonomii misji błądzić I prowadzić naukę dla dobra ludzkości.
Łazik marsjański Perseverance należący do NASA
Łazik NASA Perseverance, będący częścią misji Mars 2020, to jeden z najbardziej zaawansowanych robotycznych badaczy wysłanych na Czerwoną Planetę. Wystrzelona 30 lipca 2020 r. i wylądująca na Marsie 18 lutego 2021 r. podstawowa misja Perseverance polega na poszukiwaniu śladów starożytnego życia, zbieraniu i składowaniu próbek marsjańskich skał i gleby oraz badaniu klimatu i geologii Marsa.
Łazik jest wyposażony w zestaw instrumentów naukowych pomagających w wykonywaniu jego zadań, w tym kamery, spektrometry, czujniki środowiskowe i radary penetrujące ziemię. Jednym z jego wyróżniających się narzędzi jest PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry), spektrometr fluorescencji rentgenowskiej, który umożliwia przeprowadzanie szczegółowych analiz chemicznych skał marsjańskich w skali mikroskopowej.
Perseverance przewozi także pierwszy helikopter Ingenuity, który ma przetestować lot z napędem na inną planetę, rozszerzając możliwości na potrzeby przyszłych misji. Ponadto łazik służy jako istotny prekursor przyszłych misji załogowych na Marsa, testujących technologię wydobywania tlenu z marsjańskiej atmosfery i identyfikujących inne warunki środowiskowe, które będą miały wpływ na życie ludzkie na Marsie.
Działając jako mobilne laboratorium, Perseverance nie tylko szuka dowodów na istnienie życia drobnoustrojów w przeszłości, ale także toruje drogę do przyszłych badań, prezentując integrację robotyki, technologii autonomicznej i nauk planetarnych.
