Pies-robot szybszy niż marsjańskie łaziki. Nowy etap badań Księżyca i Marsa

Nadchodzi nowa era w eksploracji pozaziemskich globów, w której zwinność zwierząt spotyka się z zaawansowaną inżynierią kosmiczną. Zamiast ciężkich i powolnych pojazdów na kołach, naukowcy stawiają na czteronożne maszyny potrafiące sprostać ekstremalnym warunkom na Księżycu i Marsie. ANYmal to nie tylko robot-pies, ale inteligentne, mobilne laboratorium, które potrafi samodzielnie analizować geologię obcych planet niemal w czasie rzeczywistym.

Inżynierowie testują czteronożnego robota, który po wyboistym gruncie porusza się sprawniej niż klasyczne łaziki i sam bada kosmiczne skały.

Maszyna przypominająca metalowego psa łączy zwinne nogi, miniaturowe laboratorium naukowe i częściową samodzielność. Dzięki temu może przejść po kamienistym terenie, zatrzymać się przy interesującej skale, obejrzeć ją w powiększeniu i od razu sprawdzić jej skład chemiczny – bez czekania na polecenia z Ziemi.

„Pies” zamiast łazika: skąd ten pomysł?

Obecne łaziki marsjańskie pokonują dziennie co najwyżej kilkaset metrów. Nie dlatego, że nie potrafią jechać szybciej, ale dlatego, że praktycznie każdy ruch konsultują z zespołem na Ziemi. Sygnał radiowy w jedną stronę może lecieć nawet 22 minuty, więc każde zatrzymanie, obrót czy zbliżenie do skały wydłuża misję.

Przeczytaj również: Czteronożny robot szybszy niż łaziki. Nowy kandydat do misji na Księżyc i Marsa

Na Księżycu problem wygląda inaczej: odległość jest mniejsza, lecz grunt jest skrajnie nierówny, pełen kraterów, uskoków i ostrych głazów. Koła łazika łatwo utkną lub zsuną się po stromym zboczu. Inżynierowie doszli więc do wniosku, że potrzeba pojazdu, który bardziej przypomina zwierzę niż samochód.

Stąd właśnie wziął się ANYmal – czteronożny robot opracowany na politechnice ETH w Zurychu. To konstrukcja o długości około metra, poruszająca się na giętkich, amortyzowanych nogach. Taki układ pozwala mu stawiać kroki po kamieniach, wspinać się po małych głazach i omijać przeszkody, z którymi łazik na kołach zupełnie by sobie nie poradził.

Przeczytaj również: Artemis II pokaże Księżyc na żywo w 4K dzięki laserowi wielkości kota

Mały, ale w środku całe laboratorium

Sam szybki marsz po kosmicznym gruncie to za mało. Dlatego do ANYmal dołączono ramię robotyczne z dwoma kompaktowymi instrumentami naukowymi. Z jego końcówki wystaje coś, co w praktyce działa jak miniaturowe laboratorium geologiczne.

• kamera mikroskopowa MICRO – rejestruje zbliżenia powierzchni skał, pozwalając rozróżnić strukturę minerałów
• przenośny spektrometr Raman – bada skład chemiczny materiału, analizując światło rozproszone przez skałę pod wpływem lasera

W takim zestawie robot nie musi odłupywać próbek ani ich nigdzie transportować. Podchodzi do fragmentu skały, przykłada głowicę z instrumentami, wykonuje serię pomiarów i po chwili „wie”, co dokładnie ma przed sobą: jaki to minerał, jak powstał, czy może mieć wartość dla kolonizatorów lub dla badaczy szukających śladów dawnego życia.

Przeczytaj również: NASA stawia na silnik jądrowy. Mars może być bliżej już w 2028

ANYmal zachowuje się jak terenowy geolog: samodzielnie idzie w trudne miejsce, ogląda skały w powiększeniu i od razu sprawdza ich skład chemiczny.

Jakie skały rozpoznał robot w testach?

Próby przeprowadzono w specjalnym laboratorium imitującym warunki panujące na powierzchni innych planet. Zespół skorzystał z ośrodka Marslabor na Uniwersytecie w Bazylei, gdzie odtwarza się marsjańskie podłoża i oświetlenie. ANYmal poruszał się po przygotowanym terenie, a jego zadaniem było odnalezienie i sklasyfikowanie różnych rodzajów skał.

Robot poprawnie wskazał między innymi:

• gips – minerał związany z wodą, istotny przy analizach historii wilgoci na obcym globie,
• różne formy węglanów – kojarzone z procesami, w których ważną rolę odgrywały płyny,
• bazalt – typową skałę wulkaniczną, budulec wielu księżycowych i marsjańskich równin,
• dunit – bogatą w oliwiny skałę głębinową, mówiącą o ewolucji wnętrza planety,
• anortozyt – kojarzony z dawną skorupą Księżyca, ważny przy analizie historii jego powierzchni.

Dla geologów planetarnych taki zestaw to już solidny materiał do interpretacji przeszłości planety czy księżyca. A fakt, że ocena odbywa się na miejscu, bez czekania na transport próbki, radykalnie przyspiesza całe przedsięwzięcie.

Różnica w czasie: 12 minut kontra 41 minut

Zespół badawczy pod kierunkiem Gabrieli Ligezy porównał dwa style pracy robota. W pierwszym scenariuszu naukowiec ręcznie sterował maszyną: wskazywał jedno konkretne miejsce, kazał mu podjechać, ustawić ramię, wykonać analizy, a później przenieść się do kolejnej skały. Każdy etap wymagał wysłania polecenia i czekania na wykonanie. Cała seria badań zajęła 41 minut.

Drugi scenariusz wyglądał zupełnie inaczej. Naukowcy podali robotowi listę kilku punktów, które ich interesowały, i wgrali ogólne reguły działania. ANYmal sam obrał trasę między celami, zatrzymywał się przy kolejnych skałach i realizował pomiary bez konieczności pytania o zgodę po każdym kroku. W takim trybie misje zajmowały od 12 do 23 minut.

Tryb półautonomiczny skrócił czas pracy nawet trzykrotnie, eliminując czekanie na instrukcje z Ziemi.

W przypadku Marsa różnica w czasie ma ogromne znaczenie. Jeśli sygnał z poleceniem dociera do robota po kilku minutach, cały proces rozmowy człowiek–maszyna zmienia się w powolną korespondencję, a nie w dynamiczne sterowanie. Robot, który sam decyduje o drobnych ruchach i kolejności zadań, zdejmuje z operatorów sporą część obciążenia.

Księżyc: szybka mapa zasobów dla przyszłych baz

Przyszłe stacje księżycowe nie będą mogły wszystkiego przywozić z Ziemi. Woda, metale, materiały budowlane – tego trzeba będzie szukać na miejscu. Polarnym kraterom Księżyca przypisuje się szczególnie duży potencjał, bo w ich zacienionych zakamarkach mogą kryć się złoża lodu.

ANYmal mógłby pełnić rolę „przodownika” dla planistów misji załogowych. Wysyła się go w głąb trudnego, kamienistego terenu, gdzie klasyczny łazik miałby spore ryzyko zakopania się lub wywrócenia. Robot czteronożny wykonuje szybkie przejście przez krater, skanuje wybrane skały, zaznacza ich położenie i od razu wysyła dane do analizy.

Takie rozpoznanie pozwala później lepiej ustalić, gdzie warto wylądować i gdzie prowadzić odwierty. Każdy lot statku kosmicznego kosztuje fortunę, więc precyzyjna mapa zasobów przed wysłaniem astronautów może oszczędzić miliardy dolarów i całe lata przygotowań.

Mars: szukanie chemicznych śladów życia

Na Czerwonej Planecie priorytety są inne. Tutaj główne zainteresowanie stanowią tak zwane biosygnatury – subtelne ślady chemiczne lub mineralne, które mogły pozostawić mikroorganizmy. Spektrometr Raman idealnie pasuje do takiego zadania. Ten typ instrumentu potrafi wykryć struktury związane z materiałem organicznym czy z procesami biologicznymi nawet wtedy, gdy nie ma śladu samego organizmu.

Robot-pies może przemierzać rozległe pola osadów, wyszukując skały, które mają największy potencjał. Gdy znajdzie coś interesującego, wykonuje serię pomiarów i wysyła wynik do analityków. Jeśli dane wyglądają obiecująco, naukowcy mogą nakazać pobranie próbki do szczegółowych badań na orbicie lub na Ziemi.

Taki układ oszczędza cenny czas misji. Zamiast ostrożnie podjeżdżać do każdej jednej skały w zasięgu wzroku, robot sam odsiewa większość z nich i skupia się na kilku najbardziej interesujących geologicznie celach.

Co dalej z czteronożnymi maszynami w kosmosie?

ANYmal to nie jedyne podejście do ruchomych robotów z nogami. Inne zespoły pracują nad całymi „stadami” mniejszych maszyn, które ruszają w różne strony i dzielą się zadaniami. Jedna grupa może zbierać dane wizualne, druga mierzyć temperaturę podłoża, trzecia precyzyjnie analizować skład chemiczny. Razem zgrywają się w jeden system badawczy.

Połączenie kilku elementów wydaje się szczególnie obiecujące:

Dla branży kosmicznej taki kierunek oznacza stopniowe przesuwanie granicy między tym, co planują ludzie, a tym, o czym decyduje sama maszyna. Operatorzy na Ziemi będą wyznaczać główne cele, a roboty na miejscu zaczną same wybierać ścieżki, ustawiać instrumenty, a nawet proponować nowe punkty badań na podstawie analizy danych w czasie rzeczywistym.

Choć ANYmal na razie chodzi po sztucznych krajobrazach w laboratoriach, jego konstrukcja odpowiada bardzo realnym potrzebom przyszłych misji. Jeśli takie roboty trafią na Księżyc czy Marsa, zaczną zbierać dane szybciej i w miejscach dotąd niedostępnych. To może całkowicie zmienić tempo planowania baz księżycowych i poszukiwań śladów życia poza Ziemią.