Nový robotický pes z evropské laboratoře zvládá překonávat skalnaté terény tak hbitě, že klasické rovery při srovnání působí jako těžkopádní dinosauři.
Stroj jménem ANYmal, vybavený miniaturní vědeckou laboratoří přímo na palubě, absolvoval testovací průchod terénem napodobujícím povrch Marsu. Zatímco robot ovládaný člověkem sotva stihl prozkoumat jediný bod, tento mechanický „pes" v klidu obsloužil hned několik cílů najednou.
Proč se kosmické rovery pohybují tak pomalu
Rovery na Marsu sice vypadají na fotkách působivě, v praxi se ale plazí tempem velmi opatrného důchodce. Za den obvykle urazí maximálně několik set metrů. Příčinou není nedostatek výkonu, ale omezení způsobená komunikací mezi Zemí a Rudou planetou.
Rádiový signál cestuje mezi planetami čtyři až celých dvaadvacet minut jedním směrem. Když operátoři ze Země vyšlou příkaz „jeď vpřed, zatočit, zastav se, prozkoumej skálu", robot čeká, odpoví a tým znovu analyzuje data – teprve pak plánuje další krok. Celý proces se mění v únavný ping-pong, který průzkum zásadně zpomaluje.
Na Měsíci jsou prodlevy výrazně kratší, ale tam zase komplikují práci jiné překážky: terén plný kráterů, strmé hrany, sypký regolit a prudké teplotní výkyvy. Kola roverů mají omezenou schopnost šplhat po kamenném sutě a snadno uvíznou v měkkém podloží. Proto roste zájem o konstrukce pohybující se po nohách, které si s takovým chaosem poradí mnohem lépe.
ANYmal – mechanický „pes" s vestavěnou geologickou laboratoří
Robot ANYmal vznikl na ETH Zurich jako mobilní čtyřnohá platforma. Měří přibližně metr na délku a jeho silueta skutečně připomíná robotického psa ze sci-fi filmů. Klíč ale nespočívá jen v samotných nohách, nýbrž v tom, co inženýři přidali pro potřeby měsíčního a marťanského výzkumu.
K tělu robota je připevněno robotické rameno nesoucí dva miniaturní vědecké přístroje. Tato kombinace proměňuje ANYmal z „hezky chodící hračky" ve skutečného terénního geologa na čtyřech nohách.
ANYmal dokáže samostatně přistoupit ke skále, přiložit k ní přístroje a během okamžiku zjistit její složení – bez odebírání vzorků a bez jejich transportu do vzdálené laboratoře.
Mikroskop, který odhalí minerály přímo na místě
První přístroj s názvem MICRO je velmi kompaktní mikroskopická kamera. 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 na hbitého robota, ne stojící nehybně na laboratorním stole.
ANYmal díky tomu nekouká na horninu jen z dálky, ale může se k ní „přikrčit" a pořídit snímek v měřítku, které skutečně vypovídá o historii daného úseku terénu – například zda hornina vznikala za přítomnosti vody.
Ramanův spektrometr – chemie přímo z povrchu horniny
Druhý nástroj je přenosný Ramanův spektrometr. Zjednodušeně řečeno: přístroj namíří laser na horninu a analyzuje rozptýlený světelný paprsek. Podle toho, jak se fotony „odrážejí" od molekul, lze odvodit chemické složení zkoumaného vzorku.
Tato metoda se výborně hodí k:
- rozlišování minerálů s podobným vzhledem,
- vyhledávání sloučenin spojených s přítomností vody,
- hledání tzv. biosignatur – stop biologických procesů zaznamenaných v horninách.
Při testech v laboratoři napodobující marťanské podmínky ANYmal rozpoznal mimo jiné sádrovec, různé karbonáty, čedič, dunity a anortosit. Jde o minerály typické pro vulkanické a sedimentární horniny, které mají velký význam jak pro geologii, tak pro pátrání po někdejším prostředí příznivém pro život.
Autonomní robot versus člověk s joystickem
Tým vedený Gabrielou Ligezou, současnou zaměstnankyní Evropské kosmické agentury, testoval, jak si ANYmal vede při ručním ovládání v porovnání s poloautonomním režimem. Časový rozdíl byl překvapivě velký.
| Režim práce 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 | víceúčelové mise | 12 až 23 minut |
V prvním scénáři vedl výzkumník stroj k jedné hornině, konfiguroval měření, čekal na výsledky, analyzoval je – a teprve pak určoval další lokalitu. Ve druhém případě robot dostal seznam bodů k navštívení a samostatně volil trasu i prováděl kompletní sadu analýz v každém z nich.
Při tomto přístupu ANYmal zvládl srovnatelný rozsah práce dvakrát až třikrát rychleji než při nepřetržitém dohledu člověka.
Zdrojem úspory nebyla jen vyšší rychlost pohybu, ale především absence „prázdných přenosů" v komunikaci. Kdyby se podobný systém nasadil na Marsu, omezil by počet příkazů odesílaných ze Země a umožnil robotovi přijímat řadu drobných rozhodnutí přímo na místě bez čekání na instrukce.
Měsíc: rychlá mapa surovin pro budoucí základny
Na Stříbrném globu bude nejdůležitější průzkum zdrojů. Budoucí výzkumné stanice a případné osady budou potřebovat vodu, kovy i stavební materiály dostupné v blízkém okolí. Dopravovat vše ze Země je ekonomicky neudržitelné.
Kráčející robot vybavený sadou přístrojů, jako jsou MICRO a Ramanův spektrometr, by mohl v krátkém čase provést hustou síť měření v rámci jediného kráteru – místo pomalého přejíždění klasickým roverem. Zvláště zajímavé jsou oblasti pólů, kde v zastíněných místech pravděpodobně spočívají ledové zásoby staré miliony let.
Nohy dávají ANYmalu převahu tam, kde kola nemají co dělat: na strmých svazích, v polích velkých balvanů a v blízkosti okrajů kráterů. Robot získává přístup k horninám, které dosud byly mimo dosah jakékoli elektroniky.
Mars: hledání chemických stop dávného života
Na Rudé planetě jsou priority trochu jiné. Tamní největší otázka zní, zda v minulosti existovaly mikroorganismy – a jestli možná v některých výklencích přežívají dodnes. Důkazy mohou být ukryty v sedimentárních horninách v podobě specifických minerálů nebo organických sloučenin.
Ramanův spektrometr, kterým ANYmal disponuje, se hodí právě k vystopování takových chemických vodítek. Narazí-li robot na horninu, jejíž složení odpovídá někdejšímu prostředí bohatému na vodu, může ji okamžitě detailněji prohledat – místo slepého jízdy podle předem stanovené trasy.
Paralelně inženýři po celém světě navrhují celé roje malých kráčejících robotů. Každý zvládne obsloužit malý výsek terénu, ale dohromady tvoří síť senzorů rozprostřenou na desítky čtverečních kilometrů. Zkušenosti s ANYmalem naznačují, že kombinace noh, miniaturní aparatury a softwaru schopného samostatně přijímat část rozhodnutí může v příštích dekádách výrazně zrychlit tempo průzkumu.
Od laboratoří k reálným kosmickým misím
ANYmal zatím pracuje v kontrolovaných podmínkách – v halách a testovacích polygonech napodobujících marťanské a měsíční krajiny. Než zamíří na raketu, bude třeba vyřešit několik náročných problémů. Patří mezi ně odolnost vůči vibracím při startu, vakuu, drastickým teplotním změnám, kosmickému záření i jemnému prachu pronikajícímu 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 takový stroj díky své terénní obratnosti v krátkém čase prozkoumá větší plochu než pomalý rover, může energetická bilance vyjít příznivě.
Co robotický pes v praxi změní
Zavedení kráčejících robotů do měsíčních a marťanských misí může přinést několik měřitelných výhod:
- rychlejší sběr geologických dat na větší ploše,
- lepší přístup k obtížně dostupným lokalitám, například strmým stěnám kráterů,
- snížení zátěže pozemních týmů, které nemusí dohlížet na každý pohyb roveru,
- větší flexibilitu mise – schopnost reagovat na neočekávané nálezy přímo na místě.
Pro budoucí obyvatele Měsíce znamená tato technologie rychlejší poznání okolí základny a promyšlenější plánování infrastruktury. Pro badatele Marsu pak větší šanci, že jim v houštině hornin neujde kámen nesoucí jemné stopy dávného života.
V praxi jde o další krok směrem k robotům, kteří nepotřebují vodit za ruku. Místo desítek mikrorozkazů mohou inženýři jednoduše říct: „tady máš zajímavou oblast, proveď důkladnou analýzu" – a zbytek práce obstará inteligentní robotický pes, který sám zvolí optimální trasu mezi balvany a sám nastaví parametry měření.
