Čtyřnohý robot, který dělá z klasických roverů pomalé dinosaury
Z evropské laboratoře pochází robotický pes, který se pohybuje po skalnatém terénu s takovou obratností, že tradiční rovery začínají působit těžkopádně. Stroj jménem ANYmal, vybavený miniaturní vědeckou laboratoří, absolvoval testovací průchod terénem připomínajícím povrch Marsu — a zatímco člověkem ovládaný robot ledva stihl prozkoumat jeden bod, tento mechanický čtyřnožec klidně obsloužil hned několik cílů najednou.
Proč se kosmické rovery pohybují tak pomalu
Rovery na Marsu sice vypadají na fotografiích působivě, ale v praxi se plazí tempem velmi opatrného chodce. Za den obvykle urazí nanejvýš několik set metrů. Není to nedostatkem výkonu — problém tkví v komunikačních omezeních mezi Zemí a Rudou planetou.
Rádiový signál cestuje mezi planetami od 4 do 22 minut jedním směrem. Operátoři pošlou příkaz „jeď dopředu, zatočte, zastav, prozkoumej skálu" — robot počká, odpoví, tým znovu vyhodnotí data a teprve pak naplánuje další krok. Celý proces se mění v únavný ping-pong, který průzkum zásadně zpomaluje.
Na Měsíci jsou prodlevy výrazně kratší, tam ale komplikují práci jiné překážky: terén plný kráterů, strmé hrany, sypký regolit a prudké výkyvy teplot. Kola roverů mají omezenou schopnost šplhat po skalních sutinách a snadno uvíznou v měkkém podloží. Proto roste zájem o kráčející konstrukce, které si s takovým chaosem poradí podstatně lépe.
ANYmal – mechanický pes s vestavěnou geologickou laboratoří
Robot ANYmal vznikl na ETH Curych jako mobilní čtyřnohá platforma. Měří přibližně metr na délku a jeho silueta skutečně připomíná robotického psa známého z vědeckofantastických filmů. Klíč ale nespočívá v samotných nohách — důležité je to, co inženýři přidali pro účely měsíčního a marťanského výzkumu.
K tělu robota bylo připevněno robotické rameno nesoucí dva miniaturní vědecké přístroje. Tato kombinace mění ANYmal z „hezky chodící hračky" ve skutečného terénního geologa na čtyřech nohách.
ANYmal dokáže samostatně přistoupit ke skále, přiložit k ní přístroje a během chvíle zjistit, z čeho se skládá — bez odběru vzorků a bez jejich transportu do jiné laboratoře.
Mikroskop, který vidí minerály přímo v terénu
První přístroj se jmenuje MICRO a jde o velmi kompaktní mikroskopickou kameru. Umožňuje prohlížet povrch hornin v dostatečném zvětšení, aby bylo možné rozlišit struktury a zrna jednotlivých minerálů. Pro geology je to něco jako lupa a mikroskop v jednom — jenže připevněné k obratnému robotu, nikoli stojící na klidném laboratorním stole.
ANYmal tak nejen sleduje skálu z dálky, ale může se k ní „přikrčit" a pořídit snímek v měřítku, které skutečně vypovídá o historii daného místa — například zda hornina vznikala za přítomnosti vody.
Ramanovský spektrometr – chemie přímo z povrchu skály
Druhým nástrojem je přenosný Ramanův spektrometr. Zjednodušeně řečeno: přístroj vyšle laser na skálu a poté analyzuje rozptýlený světelný paprsek. Podle toho, jak se fotony „odrážejí" od molekul, lze odvodit chemické složení zkoumaného vzorku.
Tato metoda se výborně hodí pro:
- rozlišování minerálů s podobným vzhledem,
- vyhledávání sloučenin spojených s přítomností vody,
- pátrání po tzv. biosignaturách — stopách biologických procesů zaznamenaných v horninách.
Při testech v laboratoři imitující podmínky na Marsu ANYmal rozpoznal mimo jiné sádrovec, různé uhličitany, čedič, dunity a anortozit. Jsou to minerály typické pro vulkanické a sedimentární horniny, které mají zásadní význam jak pro geologii, tak pro hledání dávného prostředí příznivého pro život.
Autonomní robot versus člověk s joystickem
Tým vedený Gabrielou Ligezovou, současnou pracovnicí Evropské kosmické agentury, porovnal, jak si ANYmal vede při ručním ovládání a při poloautonomním režimu. Časový rozdíl byl zarážející.
| Režim robota | Počet zkoumaných cílů | Celková doba mise |
|---|---|---|
| Ovládání vědcem krok za krokem | jednotlivé cíle, jeden po druhém | přibližně 41 minut |
| Poloautonomní režim, více cílů předem | vícebodové mise | 12 až 23 minut |
V prvním scénáři přiváděl výzkumník stroj k jedné skále, konfiguroval měření, čekal na výsledky, analyzoval je a teprve poté určoval další lokalitu. Ve druhém případě robot dostal seznam bodů k navštívení a samostatně volil trasu i prováděl kompletní sadu analýz na každém z nich.
Při tomto přístupu ANYmal zvládl srovnatelný objem práce dvakrát až třikrát rychleji než při průběžném dohledu člověka.
Zdrojem úspory nebyla jen vyšší rychlost chůze, ale především absence „zbytečných komunikačních prodlev". Pokud by se podobný systém nasadil na Marsu, omezil by počet příkazů vysílaných ze Země a umožnil by robotovi přijímat řadu drobných rozhodnutí přímo na místě bez čekání na instrukce.
Měsíc: rychlá mapa surovin pro budoucí základny
Na Stříbrném globu bude klíčové zmapování zdrojů. Budoucí výzkumné stanice a potenciální osady potřebují vodu, kovy a stavební materiály dostupné v blízkém okolí. Doprava všeho ze Země je ekonomicky neudržitelná.
Kráčející robot vybavený přístroji jako MICRO a Ramanův spektrometr by dokázal v krátkém čase provést hustou síť měření v jednom kráterů — namísto pomalého posunování klasického roveru. Zvláště zajímavé jsou oblasti pólů, kde ve zastíněných místech pravděpodobně leží ledové depozity staré miliony let.
Nohy dávají ANYmalovi výhodu tam, kde kola nemají co pohledávat: na strmých svazích, mezi většími balvany i v blízkosti okrajů kráterů. Otevírá se tak přístup k horninám, které dosud ležely mimo dosah elektroniky.
Mars: hledání chemických stop dávného života
Na Rudé planetě jsou priority trochu jiné. Tam největší vzrušení vyvolává otázka, zda v minulosti existovaly mikroorganismy — a možná v některých výklencích přežívají dodnes. Důkazy o tom mohou být uchovány v sedimentárních horninách v podobě specifických minerálů nebo organických sloučenin.
Ramanův spektrometr, jímž ANYmal disponuje, se k vyhledávání takových chemických vodítek přímo hodí. Pokud robot narazí na horninu, jejíž složení odpovídá dávnému prostředí bohatému na vodu, může ji okamžitě podrobněji prohledat — místo aby slepě pokračoval podle předem stanovené trasy.
Inženýři po celém světě zároveň navrhují celé roje malých kráčejících robotů. Každý z nich pokryje malý úsek terénu, ale dohromady tvoří síť senzorů rozprostřenou na desítkách kilometrů čtverečních. Zkušenosti s ANYmalem naznačují, že kombinace noh, miniaturní aparatury a softwaru schopného část rozhodnutí přijmout samostatně může v příštích dekádách výrazně zrychlit tempo průzkumu.
Od laboratoří k reálným kosmickým misím
Zatím ANYmal funguje v kontrolovaných podmínkách — v halách a na polygonech imitujících marťanskou a měsíční krajinu. Než usedne na raketu, je třeba vyřešit několik náročných problémů: odolnost vůči vibracím při startu, vakuum, drastické změny teplot, kosmické záření i jemný prach pronikající do mechanismů.
Inženýři musí také snížit spotřebu energie. Chůze po nohách je pro robota „náročnější" než jízda na kolech, takže každý watt hraje roli. Na druhou stranu — pokud takovýto stroj díky své terénní obratnosti prozkoumá za krátkou dobu větší plochu než pomalý rover, může energetická bilance vyjít stále příznivě.
Co robotický pes v praxi změní
Nasazení kráčejících robotů do měsíčních a marťanských misí může přinést několik hmatatelných výhod:
- rychlejší sběr geologických dat na větším území,
- lepší přístup do obtížně dostupných lokalit, například na strmé stěny kráterů,
- snížení zátěže pozemních týmů, které nemusí průběžně dohlížet na každý pohyb roveru,
- větší flexibilitu mise — možnost reagovat na nečekaná nálezy přímo na místě.
Pro budoucí obyvatele Měsíce taková technologie znamená rychlejší průzkum okolí základny a promyšlenější plánování infrastruktury. Pro badatele Marsu pak větší šanci, že jim v houštině hornin neujde skála skrývající jemné stopy dávného života.
V zásadě jde o další krok směrem k robotům, kteří nepotřebují být vedeni za ruku. Místo desítek mikropříkazů jim inženýři mohou říct: „tady máš zajímavou oblast, proveď pořádnou analýzu" — a zbytek práce obstará inteligentní robotický pes, který sám zvolí optimální trasu mezi balvany a sám nastaví parametry měření.
