Robotický pes rychlejší než rovery: nový způsob průzkumu Měsíce a Marsu

Čtyřnohý robot, který dělá z klasických roverů pomalé dinosaury

Z evropské laboratoře pochází stroj, který se pohybuje po skalnatém terénu tak hbitě, že tradiční rovery při pohledu na něj působí jako ztěžklí dinosauři. Jmenuje se ANYmal a má na palubě miniaturní vědeckou laboratoř.

Zatímco člověkem ovládaný rover ledva stihl prozkoumat jediný bod, tento mechanický „pes" v tutéž dobu obsloužil klidně několik cílů najednou. A to při testech na terénu napodobujícím povrch Marsu.

Proč se kosmické rovery pohybují tak pomalu

Rovery na Marsu vypadají na fotkách impozantně, jenže v praxi se plazí tempem velmi opatrného chodce. Za den typicky urazí nejvýše několik set metrů. Důvodem není nedostatek výkonu — za vším stojí fyzikální omezení komunikace mezi Zemí a Červenou planetou.

Rádiový signál putuje mezi planetami 4 až 22 minut jedním směrem. Operátoři vyšlou příkaz „jeď, zatočit, zastav, prozkoumej skálu" — robot čeká, odpoví, tým analyzuje data a teprve pak naplánuje další pohyb. Z toho vzniká vyčerpávající ping-pong, který efektivně brzdí veškerý vědecký pokrok.

Na Měsíci jsou sice prodlevy podstatně kratší, ale tam zase komplikují život jiné věci: terén plný kráterů, příkré okraje srázů, sypký regolit a prudké teplotní výkyvy. Kola roverů mají omezenou schopnost zdolávat kamenné 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 mobilní čtyřnohá platforma. Délkou se pohybuje kolem jednoho metru a jeho silueta skutečně připomíná robotického psa, jakého znáte z filmů nebo virálních videí. Klíč ale nespočívá jen v nohách — důležité je to, co do něj inženýři přidali pro účely měsíčně-marsovského průzkumu.

K tělu robota je připevněno robotické rameno nesoucí dva miniaturní vědecké přístroje. Tahle kombinace proměňuje ANYmal ze „stylově chodící hračky" v opravdového terénního geologa na čtyřech nohách.

ANYmal dokáže sám přejít ke skále, přiložit k ní přístroje a během chvíle zjistit, z čeho se skládá — bez odběru vzorků a bez jejich převozu do jiné laboratoře.

Mikroskop, který vidí minerály zblízka

První přístroj se jmenuje MICRO a jde o kompaktní mikroskopickou kameru. Umožňuje pozorovat povrch hornin v takovém zvětšení, aby šlo rozlišit struktury a zrna jednotlivých minerálů. Pro geology je to něco jako lupa a mikroskop v jednom — jenže připevněné k pohyblivému robotu, ne přišroubované ke stolu v laboratoři.

ANYmal díky tomu nesleduje skálu jen z dálky. Může se k ní doslova „přikrčit" a pořídit snímek v měřítku, které skutečně vypovídá o historii daného místa — například zda hornina vznikala v přítomnosti vody.

Ramanovský 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 skvěle hodí pro:

• rozlišování minerálů s podobným vzhledem,
• vyhledávání sloučenin spojených s přítomností vody,
• pátrání po takzvaných biosignaturách — stopách biologických procesů zaznamenaných v horninách.

Při testech v laboratoři napodobující marsovské podmínky ANYmal rozpoznal mimo jiné sádrovec, různé uhličitany, čedič, dunit a anortosit. Jde o minerály typické pro vulkanické a sedimentární horniny, které jsou důležité jak pro geologii, tak pro hledání dávného prostředí příznivého pro život.

Autonomní robot versus člověk s joystickem

Tým vedený Gabrielou Ligezou, současnou pracovnicí Evropské kosmické agentury, srovnal ruční ovládání ANYmalu s jeho poloautonomním režimem. Výsledný časový rozdíl byl přinejmenším překvapivý.

V prvním scénáři vedl výzkumník stroj k jedné skále, nastavoval měření, čekal na výsledky, analyzoval je a teprve pak určoval další lokaci. Ve druhém případě dostal robot seznam bodů k navštívení a samostatně volil trasu i prováděl kompletní sadu analýz v každém z nich.

Při takovém přístupu ANYmal zvládl srovnatelné množství práce dvakrát až třikrát rychleji než při nepřetržitém lidském dohledu.

Zisk neplynul jen z vyšší rychlosti pohybu — hlavně odpadly „prázdné přenosy" komunikačních příkazů. Kdyby se podobný systém nasadil na Marsu, výrazně by omezil počet povelů vysílaných ze Země a umožnil by robotu přímo na místě přijímat celou řadu drobných rozhodnutí bez čekání na instrukce.

Měsíc: rychlá mapa surovin pro budoucí základny

Na Měsíci bude klíčové zmapovat dostupné zdroje. Budoucí výzkumné stanice i případné osady potřebují vodu, kovy a stavební materiály dostupné v bezprostředním okolí. Dopravovat vše ze Země je ekonomicky zcela neudržitelné.

Kráčející robot vybavený přístroji jako MICRO a Ramanův spektrometr by dokázal v krátkém čase provést hustou síť měření uvnitř jednoho kráteru — místo pomalého přejíždění klasickým roverem. Obzvlášť zajímavé jsou oblasti pólů, kde ve stínem zakrytých místech pravděpodobně leží ledové zásoby po miliony let.

Nohy dávají ANYmalu výhodu tam, kde kolům není co pohledávat: na příkrých svazích, v polích větších balvanů nebo v těsné blízkosti okrajů kráterů. Zpřístupňují horniny, které dosud ležely zcela mimo dosah průzkumné techniky.

Mars: hledání chemických stop dávného života

Na Červené planetě jsou priority trochu jiné. Tam nejvíce vzrušuje otázka, zda v minulosti existovaly mikroorganismy — a zda snad v některých výklencích přetrvaly dodnes. Důkazy mohou být ukryty v sedimentárních horninách v podobě specifických minerálů nebo organických sloučenin.

Ramanův spektrometr, jímž ANYmal disponuje, se k vyhledávání takových chemických stop přímo hodí. Jakmile robot narazí na horninu, jejíž složení odpovídá dávnému prostředí bohatému na vodu, může ji okamžitě podrobněji prověřit — místo aby slepě jel podle předem naplánované trasy.

Inženýři po celém světě zároveň navrhují celé roje malých kráčejících robotů. Každý z nich obsluhuje malý kousek terénu, ale dohromady vytvářejí senzorovou síť rozloženou na desítkách čtverečních kilometrů. Zkušenosti s ANYmalem naznačují, že kombinace noh, miniaturní aparatury a softwaru schopného části rozhodnutí přijímat samostatně může v příštích dekádách výrazně zrychlit tempo vědeckého bádání.

Od laboratoře k reálným kosmickým misím

ANYmal zatím pracuje v kontrolovaných podmínkách — v halách a na polygonech napodobujících marsovské a měsíční krajiny. Než se dostane na palubu rakety, bude třeba vyřešit řadu náročných problémů. Jde zejména o odolnost vůči vibracím při startu, vakuu, drastickým teplotním změnám, kosmickému záření a 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 pohyblivosti v terénu za krátký čas prozkoumá větší plochu než pomalý rover, celková energetická bilance přesto může vyjít příznivě.

Co robotický pes v praxi změní

Nasazení kráčejících robotů do měsíčních a marsovských misí může přinést několik hmatatelných výhod:

• rychlejší sběr geologických dat na větší ploše,
• lepší přístup do obtížně dosažitelných míst, například na příkré stěny kráterů,
• snížení zátěže pozemních týmů, které nemusí neustále dohlížet na každý pohyb roveru,
• větší flexibilitu misí — schopnost reagovat na nečekané nálezy přímo na místě.

Pro budoucí obyvatele Měsíce tato technologie znamená rychlejší zmapování okolí základny a promyšlenější plánování infrastruktury. Pro badatele Marsu pak větší šanci, že jim v houštině hornin neunikne skála nesoucí jemné stopy dávného života.

V širším pohledu jde o další krok směrem k robotům, kteří nepotřebují být vedeni za ruku. Místo desítek mikrorozkazů jim inženýři řeknou: „tady máš zajímavou oblast, udělej důkladnou analýzu" — a zbytek práce obstará inteligentní robotický pes, který sám zvolí optimální trasu mezi balvany a sám nastaví parametry měření.