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Os rovers da NASA em Marte lutam por descobertas científicas inovadoras à medida que atravessam a paisagem marciana. Ao mesmo tempo, as equipes que operam os rovers fazem todo o possível para protegê-los e os bilhões de dólares por trás da missão. Esse equilíbrio entre risco e recompensa orienta as decisões sobre para onde os rovers vão, os caminhos que seguem para chegar lá e a ciência que descobrem.
Pesquisadores do Instituto de Robótica (RI) da Escola de Ciência da Computação desenvolveram uma nova abordagem para equilibrar os riscos e o valor científico de enviar rovers planetários em situações perigosas.
David Wettergreen, professor pesquisador do RI, e Alberto Candela, que obteve seu Ph.D. em robótica e agora é cientista de dados no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, apresentará seu trabalho, “Uma Abordagem à Ciência e Exploração de Rover Planetários com Consciência de Risco”, na Conferência Internacional IEEE e RSJ sobre Robôs e Sistemas Inteligentes no final deste mês em Kyoto , Japão.
“Nós analisamos como equilibrar o risco associado a ir a lugares desafiadores com o valor do que você pode descobrir lá”, disse Wettergreen, que trabalhou em exploração planetária autônoma por décadas na Carnegie Mellon University. “Este é o próximo passo na navegação autônoma e na produção de mais e melhores dados para ajudar os cientistas”.
Para sua abordagem, Wettergreen e Candela combinaram um modelo usado para estimar o valor científico com um modelo que estima o risco. O valor científico é estimado usando a confiança do robô em sua interpretação da composição mineral das rochas. Se o robô acredita que identificou as rochas corretamente sem precisar de medições adicionais, ele pode optar por explorar um lugar novo. Se a confiança do robô for baixa, no entanto, ele pode decidir continuar estudando a área atual e melhorar seu modelo mineralógico. Zoë, um rover que há décadas testa tecnologias para autonomia, usou uma versão anterior desse modelo durante experimentos em 2019 no deserto de Nevada.
Os pesquisadores determinaram o risco por meio de um modelo que usa a topografia do terreno e os tipos de materiais de composição do terreno para estimar o quão difícil será para o rover chegar a um local específico. Uma colina íngreme com areia solta pode condenar a missão de um rover – uma preocupação real em Marte. Em 2004, a NASA pousou dois rovers gêmeos, Spirit e Opportunity, em Marte. A missão do Spirit terminou em 2009, quando ficou preso em uma duna de areia e suas rodas escorregaram quando tentou se mover. A oportunidade continuou e funcionou até 2018.
Wettergreen e Candela testaram sua estrutura usando dados reais da superfície de Marte. A dupla enviou um rover simulado correndo sobre Marte usando esses dados, mapeando diferentes caminhos com base em riscos variados e, em seguida, avaliou a ciência obtida com essas missões.
“O rover se saiu muito bem sozinho”, disse Candela, descrevendo as missões simuladas a Marte. “Mesmo sob simulações de alto risco, ainda havia muitas áreas para o rover explorar, e descobrimos que ainda fizemos descobertas interessantes”.
Esta pesquisa se baseia em décadas de trabalho do RI investigando a exploração planetária autônoma. Artigos que remontam à década de 1980 propõem e demonstram métodos que permitiriam que os rovers se movessem de forma autônoma pela superfície de outros planetas, e a tecnologia desenvolvida por meio dessa pesquisa foi usada em rovers recentes de Marte.
Pesquisadores pioneiros de tecnologia autônoma da CMU propuseram o Ambler, um robô autossuficiente de seis pernas que poderia priorizar seus objetivos e traçar seu próprio caminho em lugares como Marte. A equipe testou o robô de seis metros de altura no início dos anos 90. Mais rovers se seguiram, incluindo Ratler, Nomad e Hyperion – um rover projetado para seguir o sol enquanto viaja para carregar suas baterias.
Zoë começou seu trabalho em ambientes hostis em 2004 e viajou centenas de quilômetros no deserto do Atacama, no Chile, um ambiente em muitos aspectos semelhante a Marte. Em 2012, as missões de Zoë no deserto passaram a se concentrar na exploração autônoma e nas decisões por trás de onde ir e quais amostras coletar. Um ano depois, o rover decidiu de forma autônoma perfurar o solo do deserto e descobriu o que acabou sendo micróbios incomuns e altamente especializados, demonstrando que a ciência automatizada pode resultar em descobertas valiosas.
Candela e Wettergreen esperam testar seu trabalho recente em Zoë durante uma próxima viagem ao deserto de Utah. A dupla também vê sua pesquisa fazendo contribuições valiosas para a futura exploração lunar. Sua abordagem pode ser usada por cientistas como uma ferramenta para investigar rotas potenciais com antecedência e equilibrar o risco dessas rotas com a ciência que pode ser obtida. A abordagem também pode ajudar uma geração de rovers autônomos enviados à superfície dos planetas para realizar experimentos científicos sem a necessidade de envolvimento humano contínuo. O rover poderia avaliar o risco e a recompensa antes de traçar seu próprio curso.
“Nosso objetivo não é eliminar os cientistas, não eliminar a pessoa do inquérito”, disse Wettergreen. “Realmente, o objetivo é permitir que um sistema robótico seja mais produtivo para os cientistas. Nosso objetivo é coletar mais e melhores dados para os cientistas usarem em suas investigações.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade Carnegie Mellon. Original escrito por Aaron Aupperlee. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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