Czworonożne roboty przygotowują się do autonomicznej eksploracji Marsa

Pewnego dnia eksploracja kosmosu może wymagać stałego zamieszkania astronautów poza planetą, jak przewiduje misje Artemis na Księżyclub Elona Muska w przypadku Marsa.

Mimo wszystko, nawet przy obecności człowieka, sporą część pracy w kosmosie wykonają roboty, chociażby z innego powodu – o wiele łatwiej je zastąpić niż astronautów, a są one o wiele mniej podatne na toksyczne powietrze lub próżnię, promieniowanie, ekstremalne temperatury itd.

W idealnym przypadku większość łazików i robotów powinna być w stanie poradzić sobie samodzielnie z prostymi zadaniami, a ludzie na Ziemi lub na miejscu byliby angażowani wyłącznie do pomocy w rozwiązywaniu konkretnych problemów lub określaniu codziennych misji.

W miarę szybkiego postępu sztucznej inteligencji, w tym fizyczna sztuczna inteligencja, koncepcja obecnie promowana przez lidera w dziedzinie sztucznej inteligencji, firmę NVIDIA, ta wizja science-fiction może już stać się rzeczywistością.

W przypadku jeszcze odleglejszych misji, na przykład na księżyce Jowisza, opóźnienie w komunikacji, wynoszące nawet 1 godzinę, sprawia, że ​​bezpośrednia kontrola jest jeszcze trudniejsza, przez co każda autonomiczna decyzja podejmowana przez sondy jest szczególnie cenna.

„Łaziki są projektowane z myślą o efektywności energetycznej i bezpieczeństwie oraz o powolnym poruszaniu się po niebezpiecznym terenie. W rezultacie eksploracja jest zazwyczaj ograniczona tylko do niewielkiego fragmentu lądowiska, a łaziki zazwyczaj pokonują odległość do kilkuset metrów dziennie, co utrudnia zbieranie zróżnicowanych geologicznie danych”.

Kolejnym krokiem będzie zapewnienie robotom eksplorującym kosmos większej swobody poruszania się. W końcu koła i gąsienice mogą być bardziej niezawodne, ale drogi na Księżycu i Marsie na nie nie czekają.

W rezultacie większość dotychczasowych misji eksploracyjnych robotów koncentrowała się na stosunkowo płaskich, łatwo nawigowalnych obszarach. Jednak obszary te mogą nie być najbardziej przydatne do przyszłej kolonizacji kosmosu.

Na przykład tunele lawowe mogłyby stanowić idealne, gotowe schronienia dla przyszłych astronautów, ale nigdy nie zbadaliśmy ich dokładnie, chociaż planowane jest badanie tuneli lawowych przy użyciu sztucznej inteligencji. Większość zasobów prawdopodobnie znajduje się w głębokich kraterach (woda) lub w regionach górzystych (metale i inne złoża mineralne).

„Na Księżycu wiele kluczowych zasobów znajduje się w trudno dostępnym terenie, w tym bogate w lotne i tytanowe złoża piroklastyczne, bazalty KREEP zawierające pierwiastki ziem rzadkich oraz lód wodny w stale zacienionych regionach w pobliżu Bieguna Południowego. Na Marsie odsłonięte warstwy lodu wodnego i bogatego w metale regolitu zidentyfikowano również w regionach wysokich szerokości geograficznych i górskich, często na niestabilnych zboczach lub spękanych obszarach geologicznych”.

Potrzebne są zatem bardziej zaawansowane roboty, a prawdopodobną opcją są czworonożne „robopsy”, gdyż tego typu konstrukcje zyskują coraz większą popularność również na Ziemi.

Możliwość tę testują szwajcarscy naukowcy z Politechniki Federalnej w Zurychu, Uniwersytetu w Zurychu, Instytutu Eksploracji Kosmicznej w Neuchâtel, Uniwersytetu w Bazylei i Uniwersytetu w Bernie.

Użyli czworonożnego robota i sprawdzili, czy poradzi sobie on z półautonomiczną eksploracją i pobieraniem próbek w zrekonstruowanym środowisku kosmicznym. Wyniki swoich badań opublikowali w czasopiśmie Frontiers In Space Technologies.¹, pod tytułem "Półautonomiczna eksploracja odpowiedników Marsa i Księżyca za pomocą robota poruszającego się na nogach, wykorzystującego ramię robota wyposażone w technologię Ramana i obraz mikroskopowy".

Odtworzenie Marsa na Ziemi

Naukowcy wykorzystali zakład Marslabor na Uniwersytecie w Bazylei, w którym symulowane są warunki powierzchni planety przy użyciu skał analogowych, regolitu (pyłu planetarnego) i analogowych warunków oświetleniowych, co pozwala na odtworzenie środowiska identycznego z marsjańskim, z wyjątkiem grawitacji.

Marslabor obejmuje pomieszczenie o powierzchni 80 m² z 40-metrowym stanowiskiem testowym wykonanym z materiałów analogicznych do materiałów marsjańskich. Obejmowały one skały o dużym potencjale do zachowania biosygnatur, takie jak gips czy skały węglanowe, co byłoby niezwykle interesujące w przypadku prawdziwej eksploracji Marsa, mającej na celu zbadanie dawnej aktywności biologicznej na Czerwonej Planecie.

Źródło: Granice technologii kosmicznych

Dodatkowo uwzględniono również typy skał wskazujące na obecność w przeszłości przepływających tam wód, takie jak krzemionkowo-klastyczne skały węglanowe i bazalt zawierający siarkę.

W części pomieszczenia odtworzono również warunki panujące na Księżycu, pokazując rodzaje skał, które mogłyby być przydatnym źródłem tlenków, tytanu, aluminium i krzemu.

Czworonożni odkrywcy

Wielofunkcyjny robot z czujnikami

Robotem użytym w tym badaniu był robot ANYmal zbudowany przez szwajcarską firmę ANYbotyka, specjalizującej się w inspekcjach przemysłowych w strefach zagrożonych wybuchem. Aby umożliwić mapowanie i lokalizację, ANYmal jest wyposażony w skaner LiDAR VLP-16 Puck LITE firmy Velodyne, sześć aktywnych czujników stereo RealSense D435 firmy Intel do mapowania wysokości oraz dwie kamery szerokokątne FLIR Blackfly do generowania strumieni obrazu RGB.

Źródło: Granice technologii kosmicznych

Robot został wyposażony w mikroskop (MICRO) i Spektrometr Ramana MIRA RTX Wyprodukowane przez szwajcarską firmę Metrohm. Czujniki te zostały zainstalowane na ramieniu robota opracowanym przez ETH (Eidgenössische Technische Hochschule – Szwajcarski Federalny Instytut Technologii).

Urządzeniem sterował zdalnie operator za pomocą graficznego interfejsu użytkownika (GUI), który wyświetlał cyfrową mapę terenu oraz obrazy z kamer, za pomocą których przesyłane były polecenia i zadania.

Źródło: Granice technologii kosmicznych

Celem kamery MICRO jest uzyskanie obrazów z bliska tekstury, ziarnistości i koloru próbek skał – kluczowego zbioru danych do identyfikacji rodzaju skały i jej składu. Kamera zawiera mikroskop USB, pierścień 48 diod LED RGB, czujnik czasu przelotu (ToF) oraz elektronikę sterującą. Pierścień piankowy zapobiega przedostawaniu się światła rozproszonego, gdy kamera MICRO styka się z obiektem docelowym.

Spektrometr Ramana wyposażony był w laser wzbudzający w podczerwieni o długości fali 785 nm i maksymalnej mocy 100 mW, o zakresie od 400 do 2,300 cm i rozdzielczości 8–10 cm. Dane te uzupełniają obserwacje MICRO, ujawniając skład chemiczny badanych skał.

Źródło: Granice technologii kosmicznych

Śledztwo z udziałem i bez udziału ludzi

Dwie koncepcje operacyjne dla naukowych pomiarów robotycznych: jedna z klasyczną kontrolą człowieka, a druga z wielocelowym, półautonomicznym pobieraniem próbek z minimalną ingerencją człowieka.

W metoda wspomagana przez człowiekaOperator identyfikował cel na obrazie z kamery i wybierał punkt nawigacyjny w graficznym interfejsie użytkownika. Następnie operator mógł natychmiast przejrzeć napływające dane i zdecydować, czy potrzebne są dodatkowe pomiary. Operator decydował również, ile pomiarów Ramana ma zostać wykonanych i określał ich dokładną lokalizację na skale.

W metoda półautonomicznaRobotowi wydano z wyprzedzeniem predefiniowane polecenia, obejmujące lokomocję, nawigację po punktach kontrolnych, rozstawianie instrumentów i zwrot danych. Po przesłaniu instrukcji robot wykonywał wszystkie zadania autonomicznie – od ruchu, przez rozstawianie ramienia, po pomiary naukowe.

Po zakończeniu sekwencji pomiarów dla każdego celu, robot autonomicznie kontynuował cykl, przechodząc do kolejnego celu i zapisując dane po każdym pomiarze. Dopiero po zakończeniu pomiarów dla wszystkich celów robot przesyłał zebrane dane do stacji bazowej.

Źródło: Granice technologii kosmicznych

Wyniki analizy potwierdziły przydatność łączenia różnych instrumentów, przy czym połączenie analizy Ramana i MICRO zwiększa szansę prawidłowej identyfikacji danej skały.

Metoda półautonomiczna poprawnie zidentyfikowała co najmniej 1/3 celów na cykl, osiągając 100% identyfikacji celów w jednej z czterech misji analogowych. Misje wielocelowe trwały od 12 do 23 minut, podczas gdy misja kierowana przez człowieka wymagała 41 minut na przeprowadzenie porównywalnych analiz.

Choć wyniki nie były idealne, można było przeprowadzać znacznie skuteczniejsze analizy na minutę, co przekładało się na ogólną poprawę wydajności. To doświadczenie potwierdziło, że bardziej autonomiczne roboty mogłyby szybko badać duże obszary powierzchni planet.

Ponadto, po zidentyfikowaniu interesującej próbki naukowcy mogą ją poddać dalszej, ręcznej analizie.

„Zamiast polegać wyłącznie na dużych i skomplikowanych zestawach instrumentów, przyszłe misje mogłyby wykorzystywać zwinne roboty, które szybko skanowałyby otoczenie i oznaczały obiecujące cele do szczegółowego zbadania”.

Ulepszanie eksploracji robotów

Naukowcy zauważyli również, że wszystkie zastosowane narzędzia zostały opracowane z myślą o bezpośredniej kontroli człowieka. Oznacza to, że półautonomiczny robot czasami miał problemy z nieprawidłowym ustawieniem ramienia, co prowadziło do rozmycia obrazów MICRO lub zbyt dużego zaszumienia danych ramanowskich.

Ulepszony system mógłby zamiast tego powtórzyć test, wprowadzając drobne, automatyczne regulacje ramienia w przypadku rozmazanych obrazów lub słabych danych spektrometrycznych. Pomocne mogłyby być również dodatkowe programy automatyzacyjne.

„Aby osiągnąć jeszcze wyższy poziom autonomii, roboty mogłyby autonomicznie wykrywać interesujące je obiekty na podstawie kształtu, koloru i tekstury. W scenariuszach, w których transmisja danych jest bardzo powolna (np. w zewnętrznych rejonach Układu Słonecznego), robot mógłby następnie autonomicznie dokonywać pomiarów tych obiektów”.

System ten nie wykorzystał również najnowszych osiągnięć w dziedzinie sztucznej inteligencji, które mogłyby zapewnić robotom w przyszłości znacznie większą autonomię, jak omawialiśmy w „Kosmos 2.0: Rozwój autonomicznych robotów i sztucznej inteligencji„Tak więc jeszcze bardziej zaawansowane protokoły wykrywania, a następnie skanowania mogłyby zapewnić bardziej wydajne i autonomiczne pomiary. W tym kontekście, wyszkolenie wyspecjalizowanego modelu sztucznej inteligencji na rzeczywistych danych z robotów na Marsie lub Księżycu mogłoby sprawić, że przyszłe generacje sond będą jeszcze bardziej wydajne.

IInwestowanie w robotykę kosmiczną

Intuicyjne maszyny

Wysyłanie autonomicznych sond do obiektów międzygwiezdnych będzie wymagało dużej wiedzy specjalistycznej w zakresie budowy dużych sond kosmicznych i dbania o to, by dotarły one na miejsce w nienaruszonym stanie. Na razie jest to domena głównie instytucji publicznych, takich jak NASA, ESA i powiązane uniwersytety.

Sytuacja się zmienia, ponieważ zbliżamy się do momentu, w którym prywatne firmy będą mogły wysyłać zautomatyzowane lub załogowe misje w celu eksploracji asteroid, zwłaszcza obiektów bliskich Ziemi. Tego rodzaju projekt będzie prawdopodobnie kolejnym krokiem lub będzie realizowany równolegle z planowanym na nadchodzące lata powrotem misji załogowych na Księżyc.

Założona w 2013 roku w Houston w Teksasie firma Intuitive Machines jest obecnie firmą bardzo „skoncentrowaną na Księżycu”, jak wskazuje jej symbol giełdowy LUNR, i już został wybrany do 4 misji księżycowych NASAi zatrudnia ponad 400 osób.

Źródło: Intuicyjne maszyny

Była to pierwsza komercyjna firma, która z powodzeniem wylądowała na Księżycu i przesłała dane naukowe z tego miejsca. Przeprowadziła również pierwsze odpalenie silnika LOx/LCH4 (ciekły tlen, ciekły metan) w kosmosie. Firma pracuje nad wieloma projektami, które staną się podstawą infrastruktury księżycowej do eksploracji i zasiedlania.

Pierwszym z nich jest „usługa transmisji danych”, technologia ta jest testowana, a ostatecznie ma na celu stworzenie konstelacji transmisji danych księżycowych wokół orbity Księżyca.

Źródło: Intuicyjne maszyny

Druga część to „Infrastruktura jako usługa”. Powinna ona obejmować usługi telekomunikacyjne, usługi lokalizacji GPS oraz pojazdy księżycowe (LTV) zdolne do autonomicznych operacji.

Źródło: Intuicyjne maszyny

Ostatnim etapem jest dostarczenie materiału na powierzchnię Księżyca. Do tej pory firma dostarczyła ładunki naukowe z Lądownik Nova-C, lądownik o wysokości 4.3 metra (14 stóp) zdolny dostarczyć na Księżyc 130 kg ładunku.

Kolejnym krokiem będzie lądownik Nova-D, zdolny do dostarczenia na Księżyc 1,500–2,500 kg materiału. Taka ładowność i rozmiar ładunku będą niezbędne do dostarczenia Lunar Terrain Vehicle (LTV), a także reaktora jądrowego Fission Surface Power o mocy 40 kW, który ma zasilać bazę księżycową.

Źródło: Intuicyjne maszyny

Firma zdobyła wiele cennych kontraktów z NASA, na przykład kontrakt Near Space Network o maksymalnej potencjalnej wartości 4.82 mld dolarów. Ostateczna decyzja NASA w sprawie umowy LTV pomiędzy trzema potencjalnymi dostawcami spodziewana jest pod koniec 2025 roku i również będzie warta 4.6 mld dolarów.

Oprócz NASA, firma stara się zdywersyfikować swoją bazę klientów, po tym jak w kwietniu 2025 r. została wybrana do otrzymania dotacji w wysokości do 10 mln dolarów przez Teksańską Komisję Kosmiczną.

Wspomoże to rozwój statku kosmicznego do powrotu na Ziemię oraz laboratorium do produkcji orbitalnej, zaprojektowanego w celu umożliwienia bioprodukcji w warunkach mikrograwitacji. Statek kosmiczny zapewni również opcję zapasową i zmniejszy ryzyko dla przyszłych misji firmy związanych z powrotem próbek księżycowych.

Kolejnym projektem jest opracowanie satelitów stealth o małej mocy, przeznaczonych do przenoszenia ładunków jądrowych, na zlecenie laboratorium badawczego Sił Powietrznych USA w ramach programu JETSON.

Wraz z osiągnięciem przez spółkę dodatniego punktu wolnych przepływów pieniężnych w pierwszym kwartale 1 r. oraz podpisaniem kontraktu na telekomunikację księżycową, staje się ona teraz o wiele bezpieczniejsza dla inwestorów, którzy przestają być startupami pochłaniającymi gotówkę, stając się uznanym dostawcą usług w rozwijającej się gospodarce kosmicznej.

Może ona stać się podstawą dalszej eksploracji głębokiego kosmosu i wykorzystania zasobów kosmicznych, zwłaszcza że stanie się zaufanym partnerem NASA na równi ze SpaceX (wkrótce na giełdzie po fuzji z xAI) lub Laboratorium rakietowe (RKLB ).

(Możesz Więcej o Intuitive Machines przeczytasz w naszym raporcie inwestycyjnym poświęconym tej firmie.)

Najświeższe Intuicyjne maszyny (LUR) Wiadomości giełdowe i wydarzenia

Badanie, do którego się odniesiono

^{1Gabriela Ligeza, Philip Arm i in. Półautonomiczna eksploracja analogów marsjańskich i księżycowych za pomocą robota poruszającego się na nogach, wykorzystującego ramię robota wyposażone w technologię Ramana i mikroskop. Frontier Space Technologies, 31 marca 2026 r. Tom 7 – 2026 | https://doi.org/10.3389/frspt.2026.1741757}