Čtyřnohý robot, který nechává rovery daleko za sebou
Z evropské laboratoře přichází stroj, který se po skalnatém terénu pohybuje natolik hbytě, že tradiční planetární rovery při srovnání působí jako těžkopádní dinosauři. Jmenuje se ANYmal a na palubě nese miniaturní vědeckou laboratoř.
Zatímco rover ovládaný člověkem stěží zvládl prozkoumat jediný bod zájmu, tento mechanický „pes" ve stejném čase obsloužil hned několik cílů najednou. Výsledky testů jsou přinejmenším pozoruhodné.
Proč se kosmické rovery plazí tak pomalu
Marsovské rovery vypadají na fotografiích skvěle, ale ve skutečnosti se pohybují tempem velmi opatrného chodce. Za celý den obvykle urazí nanejvýš několik stovek metrů. Příčinou není nedostatek výkonu — problémem jsou komunikační omezení mezi Zemí a Červenou planetou.
Rádiový signál mezi planetami cestuje jedním směrem čtyři až dvacet dva minut. Operátoři pošlou příkaz, robot čeká, odpoví, tým zpracuje 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, ale tam naopak komplikují situaci jiné faktory: terén plný kráterů, strmé okraje, sypký regolit a extrémní teplotní výkyvy. Kola roverů mají omezenou schopnost zdolávat skalnaté sutě a snadno uvíznou v měkkém podloží. Právě proto roste zájem o kráčející konstrukce, které si s takovým chaosem poradí lépe.
ANYmal – mechanický pes s vestavěnou geologickou laboratoří
Robot ANYmal vznikl na ETH Zurich jako čtyřnohá mobilní platforma. Měří přibližně jeden metr na délku a jeho silueta skutečně připomíná robotického psa, jakého známe z filmů. Klíč ale nespočívá v samotných nohách — podstatné je to, co inženýři pro účely měsíčního a marsovského průzkumu přidali.
K tělu robota je připevněno robotické rameno nesoucí dva miniaturní vědecké přístroje. Tato kombinace proměňuje ANYmal z „hezky chodící hračky" v plnohodnotného terénního geologa na čtyřech nohách.
ANYmal dokáže samostatně přistoupit ke skále, přiložit k ní přístroje a během chvilky zjistit, z čeho se skládá — bez odběru vzorků a bez jejich převozu do jiné laboratoře.
Mikroskop, který odhalí minerály na první pohled
První přístroj nese označení MICRO a jedná se o velmi kompaktní mikroskopickou kameru. Umožňuje prohlížet povrch hornin v takovém zvětšení, aby bylo možné rozlišit struktury a zrna jednotlivých minerálů. Pro geology je to něco jako lupa a mikroskop v jednom — jenže připevněné k pohyblivému robotovi místo toho, aby stály klidně na stole.
ANYmal tak nejen pozoruje horninu 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.
Ramanův spektrometr – chemie přímo z povrchu skály
Druhý nástroj je přenosný Ramanův spektrometr. Zjednodušeně řečeno: přístroj namíří laser na horninu a analyzuje rozptýlený paprsek světla. Podle toho, jak se fotony „odrážejí" od molekul, lze usoudit na chemické složení zkoumaného vzorku.
Tato metoda se výborně hodí pro:
- rozlišování minerálů podobného vzhledu,
- vyhledávání sloučenin spojených s přítomností vody,
- pátrání po tzv. biosignaturách — stopách biologických procesů zaznamenaných v horninách.
Při testech v laboratoři napodobující marsovské podmínky ANYmal rozpoznal mimo jiné sádrovec, různé uhličitany, čedič, dunity a anortozit. Jde o minerály typické pro vulkanické a sedimentární horniny, které mají zásadní význam jak pro geologii, tak pro hledání někdejšího prostředí příznivého životu.
Autonomní robot versus člověk s joystickem
Tým vedený Gabrielou Ligezou, současnou pracovnicí Evropské kosmické agentury, porovnal ruční ovládání ANYmalu s poloautonomním režimem. Časový rozdíl byl zarážející.
| Režim práce robota | Počet zkoumaných cílů | Celkový čas mise |
|---|---|---|
| Ovládání vědcem krok za krokem | jednotlivé cíle, jeden po druhém | cca 41 minut |
| Poloautonomní režim, více cílů předem | vícebodové mise | 12 až 23 minut |
V prvním scénáři vedl badatel stroj ke každé hornině zvlášť, nastavoval měření, čekal na výsledky, analyzoval je a teprve pak určoval další lokalitu. Ve druhém případě robot obdržel seznam bodů k navštívení a trasu i kompletní sadu analýz v každém z nich provedl samostatně.
Při tomto přístupu ANYmal zvládl srovnatelný objem práce dvakrát až třikrát rychleji než při průběžném dohledu člověka.
Ziskem nebyla jen vyšší rychlost pohybu, ale především absence zbytečných komunikačních prostojů. Kdyby se podobný systém nasadil na Marsu, výrazně by omezil počet příkazů posílaných ze Země a umožnil robotovi přijímat řadu drobných rozhodnutí na místě — bez čekání na instrukce.
Měsíc: rychlá mapa surovin pro budoucí základny
Na Měsíci bude klíčové zmapovat dostupné zdroje. Budoucí výzkumné stanice i případné osady budou potřebovat vodu, kovy a stavební materiály dostupné v blízkém okolí. Dopravovat vše ze Země je ekonomicky neudržitelné.
Kráčející robot vybavený přístroji jako MICRO a Ramanův spektrometr by mohl v krátkém čase provést hustou síť měření v rámci jediného kráteru — místo pomalého přesunu klasického roveru. Zvláště zajímavé jsou oblasti pólů, kde v zastíněných místech pravděpodobně odpočívají ledové zásoby od milionů let.
Nohy dávají ANYmalu výhodu tam, kde kola nemají co pohledávat: na strmých svazích, v polích velkých balvanů, v blízkosti okrajů kráterů. Robot tak získává přístup k horninám, které dosud ležely mimo dosah jakékoli elektroniky.
Mars: hledání chemických stop dávného života
Na Červené planetě jsou priority trochu jiné. Největší vzrušení budí otázka, zda v minulosti existovaly mikroorganismy — a zda snad v některých výklencích přežívají dodnes. Důkazy mohou být uchovány v sedimentárních horninách v podobě specifických minerálů nebo organických sloučenin.
Ramanův spektrometr, jímž ANYmal disponuje, se právě k odhalování takových chemických stop výborně hodí. Narazí-li robot na horninu, jejíž složení odpovídá někdejšímu prostředí bohatému na vodu, může ji okamžitě podrobněji prohledat — místo aby slepě pokračoval po předem stanovené trase.
Inženýři po celém světě zároveň navrhují celé roje malých kráčejících robotů. Každý z nich pokryje malý výsek terénu, ale dohromady tvoří síť senzorů rozprostřenou na desítkách čtverečních kilometrů. Zkušenosti s ANYmalem naznačují, že kombinace noh, miniaturní aparatury a softwaru schopného části rozhodnutí přijímat samostatně může v příštích dekádách výzkum dramaticky urychlit.
Od laboratoří k reálným kosmickým misím
Zatím ANYmal pracuje v kontrolovaných podmínkách — v halách a na cvičištích napodobujících marsovskou a měsíční krajinu. Než se dostane na raketu, bude nutné vyřešit několik obtížných problémů. Patří mezi ně odolnost vůči vibracím při startu, vakuu, drastickým teplotním změnám, kosmickému záření a jemnému prachu pronikajícímu do mechanismů.
Inženýři musí také snížit spotřebu energie. Chůze po nohách je pro robota energeticky náročnější než jízda na kolech, takže každý watt má svou cenu. Na druhou stranu — pokud takový stroj díky své terénní obratnosti v krátkém čase prozkoumá větší plochu než pomalý rover, celková energetická bilance může vyjít příznivě.
Co robotický pes v praxi změní
Zavedení kráčejících robotů do měsíčních a marsovských misí může přinést několik hmatatelných výhod:
- rychlejší sběr geologických dat na větší ploše,
- lepší přístup k náročným lokalitám, například ke strmým stěnám kráterů,
- snížení zátěže pozemních týmů odpadnutím nutnosti průběžně dohlížet na každý pohyb roveru,
- větší flexibilitu mise — schopnost reagovat na nečekaná pozorování přímo na místě.
Pro budoucí obyvatele Měsíce taková technika znamená rychlejší průzkum okolí základny a promyšlenější plánování infrastruktury. Pro badatele Marsu představuje větší šanci, že jim v houštině hornin neunikne kámen skrývající nenápadné stopy dávného života.
V praxi jde o další krok směrem k robotům, kteří nepotřebují vodění za ruku. Místo desítek mikropříkazů mohou inženýři jednoduše říct: „Tady máš zajímavou oblast, proveď důkladnou analýzu" — a zbytek práce obstará inteligentní robotický pes, který si sám zvolí optimální trasu mezi balvany a sám nastaví parametry měření.
