Čtyřnohý robot, který dělá z roverů pomalé dinosaury
Z evropské laboratoře přichází robot, který se pohybuje po skalnatém terénu tak obratně, že klasické rovery při pohledu na něj působí jako těžkopádní prehistoričtí tvorové. A to není jen poetická nadsázka – čísla to dokazují.
Stroj jménem ANYmal vybavený miniaturní vědeckou laboratoří absolvoval testovací průchod terénem připomínajícím povrch Marsu. Zatímco rover řízený člověkem stačil prozkoumat jediný bod, tento mechanický „pes" klidně obsloužil hned několik cílů najednou.
Proč se kosmické rovery pohybují tak pomalu
Rovery na Marsu sice na fotografiích vypadají impozantně, v praxi ale plazí rychlostí velmi opatrného seniora na procházce. Každý den ujedou zpravidla jen několik stovek metrů. Příčinou není nedostatek výkonu, ale omezení komunikace mezi Zemí a Rudou planetou.
Rádiový signál cestuje mezi planetami 4 až 22 minut jedním směrem. Jakmile operátoři ze Země vyšlou příkaz „jeď vpřed, zatočte, zastav, prozkoumej skálu", robot čeká, pak odpovídá a tým znovu analyzuje data – teprve poté plánuje další krok. Celý proces se mění v únavný ping-pong, který průzkum zásadně zpomaluje.
Na Měsíci jsou sice zpoždění výrazně kratší, jenže tam překážejí jiné problémy: terén plný kráterů, strmé hrany, sypký regolit a drastické výkyvy teplot. Kola roverů mají omezenou schopnost šplhat po kamenných sutích a snadno uvíznou v měkkém podloží. Právě proto roste zájem o kráčející konstrukce, které si v takovém chaosu poradí 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, jakého známe z filmů nebo virálních videí. Klíč ale nespočívá v samotných nohách, nýbrž v tom, co do něj inženýři přidali pro účely měsíčního a marsjánského průzkumu.
K tělu robota bylo připevněno robotické rameno nesoucí dva miniaturní vědecké přístroje. Tato kombinace proměnila ANYmal z „hezky chodící hračky" v opravdového terénního geologa na čtyřech nohách.
ANYmal dokáže sám přijít ke skále, přiložit k ní přístroje a během chvilky zjistit, z čeho se skládá – aniž by musel odebírat vzorky nebo je vozit do jiné laboratoře.
Mikroskop, který vidí minerály zblízka
První přístroj s označením MICRO je velmi kompaktní mikroskopická kamera. Umožňuje prohlížet povrch hornin v takovém zvětšení, které stačí k rozlišení struktur a zrn jednotlivých minerálů. Pro geology je to jako lupa a mikroskop v jednom – jenže připevněné k obratnému robotu, nikoli stojící klidně na stole.
Díky tomu ANYmal nejen sleduje horninu z dálky, ale může se k ní doslova „přikrčit" a pořídit snímky v měřítku, které skutečně vypovídá o historii daného úseku terénu – například zda hornina vznikala v přítomnosti vody.
Ramanova spektroskopie – chemie přímo z povrchu skály
Druhý nástroj je přenosný Ramanův spektrometr. Zjednodušeně řečeno: přístroj vyšle laser na horninu a analyzuje rozptýlený světelný paprsek. Podle toho, jak fotony „odrážejí" od molekul, lze odvodit chemické složení zkoumané látky.
Tato metoda se výborně hodí k:
- rozlišování minerálů podobného vzhledu,
- vyhledávání sloučenin spojených s přítomností vody,
- hledání tzv. biosignatur – stop biologických procesů zaznamenaných v horninách.
Při testech v laboratoři napodobující marsjánské podmínky ANYmal rozpoznal mimo jiné sádrovec, různé uhličitany, čedič, dunity a anortozit. Jde o minerály typické pro vulkanické a sedimentární horniny, které mají klíčový význam jak pro geologii, tak pro hledání dávného prostředí příznivého pro život.
Autonomní robot versus člověk s joystickem
Tým vedený Gabrielou Ligezou, nynější pracovnicí Evropské kosmické agentury, otestoval, jak si ANYmal vede při ručním řízení a jak při poloautonomním provozu. Časový rozdíl byl doslova zarážející.
| Režim provozu robota | Počet vědeckých cílů | Celková doba mise |
|---|---|---|
| Řízení 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 badatel vedl stroj k jedné skále, nastavoval měření, čekal na výsledky, analyzoval je a teprve pak zadával další lokalitu. Ve druhém případě robot obdržel 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 lidském dohledu.
Zdrojem úspory nebyla ani tak vyšší rychlost chůze, jako spíše absence „prázdných" komunikačních smyček. Kdyby se podobný systém uplatnil na Marsu, výrazně by omezil počet příkazů vysílaných ze Země a umožnil by robotu přijímat řadu drobných rozhodnutí přímo na místě.
Měsíc: rychlé mapování surovin pro budoucí základny
Na Stříbrném světě bude klíčové zmapovat dostupné zdroje. Budoucí výzkumné stanice i případné osady potřebují vodu, kovy a stavební materiály v blízkém dosahu. Dopravovat vše ze Země je ekonomicky zcela neudržitelné.
Kráčející robot s balíčkem přístrojů, jako jsou MICRO a Ramanův spektrometr, by dokázal v krátkém čase provést hustou síť měření v rámci jednoho kráteru – namísto pomalého posunování klasického roveru. Zvláště zajímavé jsou oblasti u pólů, kde ve stínem skrytých místech pravděpodobně leží ledové depozity staré miliony let.
Nohy dávají ANYmalovi výhodu tam, kde kola nemají co pohledávat: na strmých svazích, v polích větších balvanů nebo u hran kráterů. Zpřístupňují horniny, které dosud byly zcela mimo dosah jakékoli elektroniky.
Mars: hledání chemických stop dávného života
Na Rudé planetě jsou priority trochu jiné. Tam největší vzrušení budí otázka, zda v minulosti existovaly mikroorganismy – a zda snad v některých výklencích přežívají dodnes. Důkazy mohou být ukryty v sedimentárních horninách v podobě specifických minerálů nebo organických sloučenin.
Ramanův spektrometr, jímž ANYmal disponuje, se pro vyhledávání takových chemických vodítek přímo hodí. Narazí-li robot na horninu, jejíž složení odpovídá dávnému prostředí bohatému na vodu, může ji okamžitě důkladněji prohledat – místo aby slepě jel podle předem stanové trasy.
Paralelně inženýři po celém světě navrhují celé roje malých kráčejících robotů. Každý z nich obslouží malý úsek terénu, ale dohromady tvoří senzorovou síť roztaženou na desítky čtverečních kilometrů. Zkušenosti s ANYmalem naznačují, že kombinace noh, miniaturní aparatury a softwaru schopného samostatně rozhodovat může v příštích desetiletích výrazně zrychlit tempo vědeckého průzkumu.
Od laboratoří k reálným kosmickým misím
ANYmal zatím funguje v kontrolovaných podmínkách – v halách a polygonech napodobujících marsjánskou a měsíční krajinu. Než se dostane na palubu rakety, bude třeba vyřešit několik náročných problémů. Jde například o odolnost vůči vibracím při startu, vakuu, drastickým změnám teploty, kosmickému záření nebo jemnému prachu pronikajícímu do mechanismů.
Inženýři musí také snížit spotřebu energie. Chůze na nohách je pro robota energeticky „náročnější" než jízda na kolech, takže každý watt hraje roli. Na druhou stranu – pokud takový stroj díky své terénní obratnosti prozkoumá za kratší dobu větší plochu než pomalý rover, celková energetická bilance přesto může vyjít příznivě.
Co konkrétně robotický pes změní v praxi
Zavedení kráčejících robotů do měsíčních a marsjánských misí může přinést několik hmatatelných výhod:
- rychlejší sběr geologických dat na větší ploše,
- lepší přístup do obtížně dostupných lokalit, například na strmé stěny kráterů,
- snížení zátěže pozemních týmů, které nemusí dohlížet na každý pohyb roveru,
- větší flexibilitu mise – schopnost reagovat na nečekané 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 neunikne kámen skrývající jemné stopy dávného života.
V praxi jde o další krok směrem k robotům, kteří nepotřebují vodění za ruku. Místo vysílání desítek mikrorozkazů mohou inženýři prostě říct: „Tady máš zajímavou oblast, proveď důkladnou analýzu" – a zbytek obstará inteligentní robotický pes, který sám zvolí optimální trasu mezi balvany a sám nastaví parametry měření.
