En firkløver robot sætter rumingeniører i gang med at tænke nyt
En firtbenet robot bevæger sig hurtigere end klassiske rovere og udfører selvstændige, præcise mineralanalyser på stedet. I et testmiljø, der efterligner måne- og Marslandskaber, demonstrerer robotten ANYmal, hvordan fremtidige missioner kan arbejde langt smartere og hurtigere. Hvad traditionelle rovere bruger op mod tre kvarter på, klarer ANYmal på få minutter.
Hvorfor rumagenturer desperat søger hurtigere robotter
De nuværende Marsrovere er teknologiske mesterværker — men de er langsomme. På en god dag tilbagelægger de et par hundrede meter. Det skyldes ikke svage motorer, men derimod afstanden til Jorden. En kommando kan bruge op til 22 minutter om at nå frem, og svaret tager lige så lang tid retur. Hvert sving, hver boring og hvert billede kræver tålmodighed.
På Månen er udfordringen en anden. Kommunikationen er hurtigere, men overfladen er fyldt med kratere, skrænter af løst grus og skarpe klipper. Hjul sætter sig fast, glider eller beskadiges. Et køretøj på ben har straks en fordel her. Det er præcis dér, ANYmal træder ind i billedet — en robothund særligt tilpasset til barske, fremmedartede terræner.
Ved at flytte mere autonomi ud til overfladen af Månen og Mars forsvinder en stor del af ventetiden mellem menneske og maskine.
ANYmal: robothunden med videnskabelig snude
ANYmal er udviklet ved ETH Zürich og måler cirka en meter i længden. Den hviler på fire ledede ben, der kan bevæge sig uafhængigt af hinanden. Dermed stiger den over sten, klatrer op ad små afsatser og korrigerer hurtigt sin balance, når underlaget skifter. Dér hvor en hjulrover kører uden om eller stopper, finder ANYmal blot et nyt støttepunkt.
Videnskabelige instrumenter på en robotarm
Til rumtestene fik robotten monteret en ekstra arm — en slags mekanisk snabel — hvormed den præcist kan nærme sig en klippe eller sten. For enden af denne arm sidder to kompakte måleinstrumenter:
- MICRO: et mikroskopisk kamera, der kortlægger stenoverflader i meget lille skala, fint nok til at skelne mellem forskellige mineraler.
- Raman-spektrometer: et bærbart apparat, der ved hjælp af en laser udleder sammensætningen af en prøve ud fra det tilbagekastede lyssignal.
Denne kombination giver ANYmal en klar fordel: den behøver ikke samle prøver op, opbevare dem og transportere dem til et laboratorium. Analysen sker direkte på stedet med øjeblikkelige resultater til missionsteamet.
Genkender bjergarter, som om den har gået der i årevis
Testene fandt sted i det såkaldte Mars-laboratorium ved Universitetet i Basel. Det er et indendørs terræn med grusskrænter, klippeblokke og jordsammensætninger, der minder om dem, man finder på Mars eller Månen. Inden for dette kunstige "planetariske" miljø formåede ANYmal at identificere flere typer bjergarter.
Følgende mineraler fremgik blandt andet af målingerne:
- Gips – ofte forbundet med vandrige forhold
- Karbonater – interessante som mulige spor efter gamle vandmiljøer
- Basalt – magmatisk bjergart, typisk for vulkansk aktivitet
- Dunit – rig på olivin, knyttet til dybe lag i en planets kappe
- Anorthosit – karakteristisk for gamle månekortområder
For forskere er netop denne type mineralogisk information afgørende. Den giver fingerpeg om, hvor vand engang har befundet sig, hvor gammelt et terræn er, og om et sted er lovende for videre undersøgelse.
Selvstændigt arbejder ANYmal tre gange så hurtigt
Under ledelse af forsker Gabriela Ligeza — nu ansat hos den europæiske rumfartsorganisation ESA — sammenlignede teamet to arbejdsmetoder med robothunden. Forskellen var slående.
Scenarie 1: mennesket styrer hvert skridt
I den første opstilling ledte en forsker robotten trin for trin. ANYmal fik ét mål, gik derhen, udførte målingerne og ventede derefter på nye instruktioner til det næste punkt. Mellem valg af mål, afsendelse af kommandoer og kontrol af resultater opstod der hver gang en pause.
Denne tilgang krævede 41 minutter for at analysere sættet af bjergarter. Det virker acceptabelt i et laboratorium, men oversat til reelle rumforhold — med kommunikationsforsinkelser og begrænset energi — svulmer planlægningen hurtigt op.
Scenarie 2: robotten planlægger selv sin rute
I den anden opstilling fik ANYmal flere interessante punkter angivet på én gang. Derefter bestemte softwaren selv rækkefølgen, valgte ruter langs forhindringer og skiftede automatisk mellem at gå, sigte, måle og fortsætte.
Tidsbesparelsen var markant: de samme opgaver tog nu kun 12 til 23 minutter. Mennesket behøvede at gribe ind langt sjældnere og især ikke sende en ny kommando efter hver enkelt måling.
Med en semi-autonom arbejdsmetode klarer en firtbenet robot på et kvarter, hvad en traditionelt styret mission bruger næsten tre kvarter på.
Hvad en sådan robothund kan betyde for Månen
For fremtidige månebaser handler meget om råstoffer. Vannis i kratere, metaller i bjergartslag og mineraler til byggematerialer gør det muligt at producere mere lokalt frem for at medbringe alt fra Jorden.
En robot med ben og integreret måleudstyr kan være nyttig på tre fronter:
- Hurtig kortlægning af kratere: i polområder, hvor der muligvis findes is, skal en robot sikkert kunne bevæge sig langs stejle kanter og smuldrende skrænter.
- Lokalt kort over interessante zoner: ved at analysere bjergarter direkte opstår der hurtigt et overblik over lovende steder for minedrift eller videnskab.
- Kortlægning af risici: robotten kan identificere revner i undergrunden, store blokke og ustabile zoner forud for bemannede missioner.
Med disse oplysninger kan et landingssted vælges mere præcist, og menneskelige astronauter kan dirigeres målrettet mod de rette områder frem for at spilde kostbar tid på at lede.
På jagt efter livsspor på Mars
På Mars forskydes prioriteten fra råstoffer mod fortid og muligt nuværende liv. Forskere leder efter såkaldte biosignaturer — kemiske og mineralogiske mønstre, der passer til biologiske processer, såsom bestemte organiske molekyler eller typiske strukturer i sedimentbjergarter.
Raman-spektrometret på ANYmal er særligt velegnet til at opspore sådanne mønstre. Ved at rette en laser mod en klippe giver det tilbagekastede lys et slags fingeraftryk af de tilstedeværende molekyler.
| Målingens formål | Hvad Raman-spektrometret afslører |
|---|---|
| Find vandrelaterede mineraler | Signaler fra sulfater, karbonater og hydratfaser |
| Opspor eventuelle biosignaturer | Spor af specifikke organiske forbindelser eller mønstre i kulstofstrukturer |
| Rekonstruer geologisk historie | Information om vulkansk aktivitet, aflejringslag og bjergartalder |
Ved hurtigere at analysere flere bjergarter i et område kan en mission med begrænset levetid langt bedre vurdere, hvilke steder der er lovende for boringer eller prøveindsamling til hjemtransport.
Sværme af gående robotter som fremtidsbillede
ANYmal står ikke alene. Andre forskergrupper udvikler små gående robotter, der i grupper — som en slags sværm — kan opdele et større område imellem sig. Én robot inspicerer for eksempel kraterkanten, en anden undersøger bunden, og en tredje tjekker en klippeafsats lidt længere væk.
Ved at dele data og koordinere ruter indbyrdes kunne sådanne hold kortlægge en planetoverflade i højt tempo. Erfaringerne med ANYmal viser, at tre ingredienser er afgørende i den sammenhæng:
- Firtbenet eller flerbenet understel, der kan håndtere forhindringer
- Miniaturisering af avancerede måleinstrumenter
- Intelligent software, der træffer lokale beslutninger uden konstant styring fra Jorden
Hvad betyder dette for fremtidige missioner?
For rumagenturer som ESA og NASA bliver spørgsmålet mere presserende: hvilke opgaver planlægges stadig på Jorden, og hvilke overlades til autonome robotter på Månen eller Mars? Større selvstændighed på overfladen kræver pålidelige algoritmer, der kan håndtere uventede situationer — for eksempel en kollapsende klippevæg eller en sandklit, der ser anderledes ud end modellen forudsagde.
Samtidig giver den autonomi energi- og tidsbesparelser. Kortere ventetid på kommandoer betyder, at solpaneler og batterier udnyttes mere effektivt — noget der kan være afgørende ved langvarige polarnats-missioner på Månen.
For den, der undrer sig over, om en sådan robothund kunne gå side om side med en astronaut: teknisk set ligger det stadig tættere på virkeligheden. Forestil dig scenarier, hvor et menneske fastlægger det store billede for en ekspedition, mens flere robotter selvstændigt tager små omveje, tjekker prøver og scanner farlige terrænsektioner på forhånd.
Anvendelserne begrænser sig ikke til rumfart. Teknologier til balance, autonom navigation og robuste sensorer bliver ligeledes interessante for søge- og redningsindsatser på Jorden, inspektioner i miner eller udforskning af vulkanske områder, som mennesker vanskeligt kan nå. I den forstand fungerer måne- og Marsmiljøet som den ultimative prøveplads for en ny generation af terrænrobotter.
