Новый метод может позволить командам из нескольких роботов автономно и надежно исследовать другие планеты.

За последние десятилетия робототехники разрабатывали все более сложные системы, однако обеспечение их автономной работы в реальных условиях без сбоев часто представляет собой сложную задачу. Это особенно сложно, когда роботы предназначены для использования в сложных условиях, в том числе в космосе и на других планетах.

Исследователи из Университета Глазго недавно разработали новую методику, которая позволит командам из нескольких марсоходов автономно и надежно исследовать другие планеты. Метод, представленный в работе, ранее опубликованной на arXiv, объединяет данные из различных источников, включая данные изображений, карты и информацию, собранную датчиками, для планирования эффективных маршрутов для различных роботов команды.

«Использование группы планетоходов, а не одного ровера, для исследования марсианской поверхности может значительно расширить научные возможности миссии», — сказала Сара Свинтон, первый автор статьи, в Tech Xplore. «Все марсоходы для исследования планет должны использовать определенный уровень автономности, поскольку задержки связи между Землей и Марсом делают выполнение действий операторами-людьми чрезвычайно сложным и длительным. Операторам-людям становится все труднее координировать свое поведение».

Основной целью недавнего исследования Свинтон и ее коллег было эффективное решение давней проблемы в робототехнике: эффективное решение автономных многороботных миссий по исследованию планет. Для этого команда разработала план многоходовой миссии, который позволяет команде из нескольких роверов — небольших роботов, предназначенных для исследования космоса, — автономно, безопасно и эффективно исследовать участок марсианской поверхности.

«Предложенный нами метод позволяет команде роботов автономно исследовать поверхность Марса с помощью двух ключевых этапов: создания карты и планирования миссии», — объясняет Свинтон. «Сначала создается карта окружающей среды на основе данных, полученных с орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter. В частности, мы использовали данные из кратера Джезеро, где в настоящее время работает марсоход НАСА Perseverance».

После создания карты среды, которую марсоходы будут исследовать на Марсе, планировщик команды анализирует ее и делит на различные регионы, выделяя участки местности, по которым марсоходы могут безопасно перемещаться. Затем планировщик накладывает карту распределения вероятностей, которая подчеркивает вероятность того, что марсоходы обнаружат объекты, представляющие научный интерес, в определенных местах исследуемой среды.

«Эти точки могут представлять собой породы, из которых мы хотим взять образцы», — говорит Свинтон. «После того как карта создана, наш планировщик миссии изучает окружающую среду, чтобы определить эффективный маршрут, который повысит вероятность обнаружения точек интереса. Затем определяется согласованный набор безопасных маршрутов для каждого члена команды ровера».

Разработанный Свинтон и ее коллегами планировщик многоходовых миссий имеет ряд преимуществ по сравнению с ранее разработанными подходами. Помимо определения местности, по которой марсоходы могут безопасно передвигаться, и планирования маршрутов для их автономной работы, планировщик также предоставляет информацию о том, где могут находиться объекты, представляющие научный интерес.

«Наша команда роверов способна безопасно и эффективно исследовать всю зону миссии, охватывающую 22 500 м.², за относительно короткий период времени», — сказал Свинтон. Стоит также отметить, что каждый ровер преодолевает автономное расстояние, сопоставимое с текущим рекордом по «самому длинному расстоянию, пройденному без контроля человека» планетарным марсоходом». Наша работа также показала, что эффективность поиска повышается при использовании группы роверов вместо одного ровера».

Свинтон и ее коллеги оценили свой подход к составлению карт и планированию в серии тестов и симуляций, проведенных с использованием набора случайно сгенерированных карт распределения вероятностей. Результаты оказались весьма многообещающими, и они предположили, что их метод может позволить команде из пяти марсоходов автономно исследовать территорию площадью 22 500 м2 ² на Марсе примерно за 40 минут.

Пока что планировщик применяется для исследования Марса, но его можно использовать и в других миссиях, не связанных с освоением планет. Например, он может помочь скоординировать усилия нескольких наземных роботов во время поисково-спасательных операций, просто используя карту интересующей среды и карту распределения вероятностей, на которой отмечены места, где роботы с наибольшей вероятностью встретят людей, которых нужно спасать или которым нужна помощь.

В своих следующих исследованиях Свинтон и ее коллеги планируют продолжить разработку и тестирование своей методики, а также работать над другими вычислительными инструментами для поддержки автономного управления несколькими роботами. Эти инструменты также будут включать методы повышения отказоустойчивости команд из нескольких роботов.

«Последствия неисправностей и отказов — одна из главных проблем в миссиях по исследованию планет», — добавил Свинтон. «Чтобы роботизированная команда по исследованию планет считалась надежной, роботы должны уметь диагностировать неисправности у себя и/или своих товарищей. Только после диагностики неисправностей могут быть предприняты меры по их устранению, чтобы смягчить любое влияние неисправности на результаты миссии».