ارنست ناسا؛ مریخ نورد سریع برای زمین های دشوار ماه

تصور کنید مریخ‌نوردی هنگام حرکت فکر می‌کند و مانند پیک‌های بیابانی، مسیرهای طولانی را با سرعت پشت سر می‌گذارد. این همان تصویری است که مهندسان آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا، JPL، با ERNEST دنبال می‌کنند؛ یک نمونه اولیه جمع‌وجور چهارچرخ که برای حرکت سریع روی terrain شکسته، ناهموار و شیب‌داری ساخته شده است که مریخ‌نوردهای قدیمی‌تر را متوقف می‌کرد.

ERNEST با طول فقط ۱٫۲ متر، که نامش کوتاه‌شده «مریخ‌نورد اکتشافی برای ناوبری در زمین‌های بسیار شیب‌دار» است، در کنار خودروهای شاسی‌بلند عظیمی که زمانی در محوطه‌های آزمایشی حرکت می‌کردند، تقریبا سرحال و کوچک به نظر می‌رسد. اما اندازه‌اش را دست‌کم نگیرید. در آزمایش‌های میدانی اخیر در بیابانی در کلرادو، این مریخ‌نورد کوچک سرعتی نزدیک به ۱ کیلومتر بر ساعت را حفظ کرد. به گفته ناسا، این سرعت هنگام حرکت روی زمین‌های ناهموار، حدود ده برابر سرعت مریخ‌نوردهای کنجکاوی و استقامت است.

سرعت اهمیت زیادی دارد. پیمایش سریع‌تر یعنی انجام پژوهش‌های علمی بیشتر در زمان کمتر، و همین موضوع طراحی مأموریت‌ها را هم تغییر می‌دهد: به‌جای آنکه یک مریخ‌نورد هفته‌ها به‌تدریج به سوی یک هدف پیش برود، رباتی که سریع‌تر فکر می‌کند و حرکت می‌کند، راه را برای کاوش‌هایی شبیه سفر جاده‌ای در مناظر ماه و مریخ باز می‌کند. ERNEST چگونه این کار را انجام می‌دهد؟ ترکیبی از مهندسی مکانیکی هوشمند و یادگیری ماشین.

زیر بدنه جمع‌وجور آن، یک سامانه تعلیق پیشرفته قرار دارد که با تغییر زاویه سطح، وزن را میان چرخ‌ها دوباره توزیع می‌کند. بخش جلویی دو مفصل موتوردار دارد و هر چهار چرخ می‌توانند به‌طور مستقل هدایت شوند؛ قابلیتی که مانورهای جانبی و بالا رفتن مطمئن از موانعی را ممکن می‌کند که شاسی‌های سخت‌تر را از حرکت بازمی‌داشت. به زبان ساده، این ربات می‌تواند روی شیب به‌صورت پهلو حرکت کند، درون یک شکاف بچرخد و بالا برود، نه اینکه فقط با فشار و زور یک مسیر واحد را طی کند.

خودمختاری همان جایی است که ERNEST توان واقعی خود را نشان می‌دهد. مهندسان JPL ابتدا الگوریتم‌های یادگیری تقویتی را در محیط آشنای محوطه شبیه‌ساز مریخ آموزش دادند و سپس آن‌ها را در شرایط واقعی بیابان تحت فشار قرار دادند. این نرم‌افزار از دستورهای از پیش برنامه‌ریزی‌شده پیروی نمی‌کند. در عوض، از تعامل با محیط یاد می‌گیرد و تصمیم‌های خود را درباره انتخاب مسیر، زمان تغییر وضعیت بدنه و میزان فشار برای افزایش سرعت، بدون به خطر انداختن سلامت ربات، به‌تدریج بهبود می‌دهد.

آزمایش‌ها فقط به حرکت در روشنایی روز محدود نبودند. این تیم حتی ERNEST را در تاریکی کامل ارزیابی کرد تا سناریوهای کم‌نور مانند سپیده‌دم و غروب‌های ماه را شبیه‌سازی کند؛ زمانی که سایه‌ها عمیق‌تر می‌شوند و نشانه‌های بصری کاهش می‌یابند. این آزمایش‌های شبانه به تنظیم همجوشی حسگرها و روال‌های ناوبری کمک کرد تا مریخ‌نورد بتواند در نور و زمین‌های متنوع، پیمایش‌های طولانی را ادامه دهد.

«ما با خودرویی روبه‌رو هستیم که می‌تواند یک تور علمی کامل را انجام دهد، نه فقط یک پرش کوتاه به یک مقصد»، جیمز کین، دانشمند سیاره‌ای JPL، با اشاره به اینکه پیمایش پایدار چگونه توان کاوش رباتیک را دگرگون می‌کند، چنین توضیح می‌دهد. ایزا نسناس، فناور JPL، نیز می‌گوید آزمایش‌های عملی در بیابان برای بهبود سخت‌افزار حرکتی و پشته خودمختاری، با توجه به گستره وسیع سطوح و شرایط نوری مورد انتظار در ماه، نقشی حیاتی داشته‌اند.

یک ERNEST بزرگ‌تر و سریع‌تر می‌تواند روزی پیش از فضانوردان، سراسر مناطق ماه را شناسایی کند، مسیرهای ایمن را نقشه‌برداری کند و مکان‌های امیدبخش برای پژوهش‌های علمی را بیابد.

مسیر تبدیل این نمونه اولیه به سخت‌افزار پروازی، نیازمند بزرگ‌مقیاس‌سازی و تأیید صلاحیت است: مواد مقاوم‌تر، تجهیزات الکترونیکی مقاوم در برابر تابش و آزمایش‌های سخت‌گیرانه دوام. با این حال، ترکیب انعطاف‌پذیری مکانیکی و هوش تطبیقی در ERNEST نشان‌دهنده تغییری مهم در نگاه به طراحی مریخ‌نوردهاست. به‌جای ساخت سکوهای هرچه بزرگ‌تر و کندتر، طراحان به سراغ ماشین‌های چابک و هوشمندی می‌روند که می‌توانند دورتر حرکت کنند و در هر روز داده‌های علمی بیشتری بازگردانند.

اگر آزمایش‌های میدانی همچنان نتیجه‌بخش باشند، نسل بعدی مریخ‌نوردهای سیاره‌ای شاید نه به شکل غول‌های کند و سنگین، بلکه به‌عنوان پیشاهنگانی سریع و مقاوم از راه برسند؛ ربات‌هایی که می‌توانند یک ساعت برای دنبال کردن قطعه‌ای دنباله‌داری در پهنه‌ای ناشناخته بتازند و ساعت بعد شکافی آتشفشانی را بررسی کنند. چه کسی این شناسایی را رهبری خواهد کرد؟ فعلا یک مریخ‌نورد کوچک و جسور به نام ERNEST در حال اثبات این ایده است.