En mekanisk hund, der gør klassiske rovers til skamme
En ny robot-hund fra et europæisk laboratorium bevæger sig over klippeterræn med en smidighed, der får traditionelle rovers til at se tunge og omstændelige ud. Mens et menneskestyret køretøj knap nåede at undersøge ét enkelt punkt, nåede den firbente maskine roligt at behandle adskillige mål på samme tid.
Derfor bevæger rumrovers sig så langsomt
Mars-rovers gør stor effekt på fotos, men i virkeligheden kravler de fremad i et tempo, der minder om en meget forsigtig ældre herre på gåtur. En typisk dagsetape er sjældent mere end et par hundrede meter. Det skyldes ikke mangel på kraft, men derimod de kommunikationsmæssige begrænsninger mellem Jorden og den Røde Planet.
Et radiosignal bruger mellem 4 og 22 minutter på at rejse én vej mellem planeterne. Når operatørerne sender kommandoen "kør frem, drej, stop, undersøg klippen", venter robotten, svarer tilbage, og holdet analyserer derefter data, inden næste skridt kan planlægges. Den proces bliver til en udmattende ping-pong, der effektivt bremser al fremgang.
På Månen er forsinkelserne markant kortere, men her skaber andre faktorer problemer: kraterrige terræner, stejle kanter, løs regolith og voldsomme temperaturudsving. Hjulene på klassiske rovers har begrænset klatreevne i stenede omgivelser og sætter sig let fast i blød undergrund. Derfor vokser interessen for gående konstruktioner, der håndterer det kaotiske terræn langt bedre.
ANYmal – den mekaniske hund med et indbygget geologisk laboratorium
Robotten ANYmal er udviklet ved ETH Zürich som en mobil firebenede platform. Den måler cirka en meter i længden, og dens silhuet minder umiskendeligt om de robot-hunde, man kender fra videoer og film. Det afgørende er dog ikke benene i sig selv, men hvad ingeniørerne har udstyret den med til månens og Mars' særlige krav.
Fastmonteret på kroppen sidder en robotarm, der bærer to miniaturiserede videnskabelige instrumenter. Den kombination forvandler ANYmal fra en "flot gående legetøjsfigur" til en reel feltgeolog på fire ben.
ANYmal kan selvstændigt gå hen til en klippe, placere sine instrumenter mod overfladen og på få øjeblikke fastslå dens sammensætning – uden at indsamle prøver eller transportere dem til et eksternt laboratorium.
Et mikroskop, der afslører mineralernes hemmeligheder
Det første instrument hedder MICRO og er et kompakt mikroskopkamera. Det giver mulighed for at observere klippeoverflader i en forstørrelse, der er stor nok til at skelne strukturer og korn af individuelle mineraler. For geologer svarer det til en kombination af lupe og mikroskop – blot monteret på en smidig robot frem for stående på et laboratoriesbord.
ANYmal kan dermed ikke blot betragte en klippe på afstand, men "sætte sig på hug" ved siden af den og indfange billeder i en skala, der faktisk fortæller noget om et givent terræns historia – for eksempel om klippen blev dannet i tilstedeværelse af vand.
Raman-spektrometer – kemi direkte fra klippeoverfladen
Det andet instrument er et bærbart Raman-spektrometer. Enkelt forklaret sender det en laser mod klippen og analyserer derefter den spredte lysstråle. Ud fra den måde, fotoner "bouncer" af molekylerne på, kan man udlede den kemiske sammensætning af det undersøgte materiale.
Denne metode er særligt velegnet til:
- at skelne mineraler med lignende udseende fra hinanden,
- at spore forbindelser relateret til tidligere tilstedeværelse af vand,
- at lede efter såkaldte biosignaturer – spor af biologiske processer bevaret i klipperne.
Under tests i et laboratorium, der simulerede martianerne forhold, identificerede ANYmal blandt andet gips, forskellige karbonater, basalt, dunit og anorstosit. Det er mineraler typiske for vulkanske og sedimentære bjergarter, som er relevante både for geologien og søgningen efter tidligere livsbetingelser.
Autonom robot versus menneske med joystick
Et hold ledet af Gabriela Ligeza, der i dag er ansat ved Den Europæiske Rumorganisation, testede systematisk forskellen på manuelt styret ANYmal og halvautonomisk drevet ANYmal. Tidsforskellen var slående.
| Driftstilstand | Antal undersøgelsesmål | Samlet missionstid |
|---|---|---|
| Forsker styrer trin for trin | Enkeltmål, ét ad gangen | Ca. 41 minutter |
| Halvautonomisk tilstand, flere mål foruddefineret | Multipunktsmissioner | 12 til 23 minutter |
I det første scenarie førte forskeren manuelt maskinen til én klippe ad gangen, konfigurerede målingerne, ventede på resultater og analyserede dem, inden næste lokation blev angivet. I det andet scenarie fik robotten en liste over punkter at besøge og valgte selv ruten, mens den gennemførte den fulde analysesekvens ved hvert stop.
Med den tilgang udførte ANYmal et sammenlignelig arbejdsomfang to til tre gange hurtigere end under konstant menneskelig overvågning.
Gevinsten stammede ikke kun fra højere ganghastighed, men frem for alt fra fraværet af "tomme kommunikationsomgange". Anvendt på Mars ville et tilsvarende system reducere antallet af kommandoer sendt fra Jorden og give robotten mulighed for at træffe en række mindre beslutninger på stedet uden at afvente instruktioner.
Månen: hurtig ressourcekortlægning til fremtidige baser
På Sølvgloben handler det primært om at kortlægge ressourcer. Fremtidige forskningsstationer og potentielle bosættelser har brug for vand, metaller og byggematerialer, der er tilgængelige i nærheden. Transport af alt fra Jorden er simpelthen ikke økonomisk holdbart.
En gående robot udstyret med instrumenter som MICRO og et Raman-spektrometer kunne hurtigt udføre et tæt net af målinger inden for ét enkelt krater, i stedet for at en klassisk rover langsomt triller afsted. Polområderne er særligt interessante, hvor isdepoter i skyggefulde områder sandsynligvis har ligget uforstyrret i millioner af år.
Benene giver ANYmal en klar fordel der, hvor hjul ikke slår til: på stejle skråninger, i felter med store sten og i nærheden af kraterkanter. Det åbner adgang til klippeformationer, der hidtil har været helt utilgængelige for elektronik.
Mars: jagten på kemiske spor fra fortidigt liv
På den Røde Planet er prioriteterne lidt anderledes. Det store spørgsmål handler om, hvorvidt der i fortiden eksisterede mikroorganismer – og om de måske stadig overlever i isolerede nicher. Beviser for det kan gemme sig i sedimentære bjergarter som specifikke mineraler eller organiske forbindelser.
Det Raman-spektrometer, som ANYmal er udstyret med, er netop velegnet til at opspore sådanne kemiske ledetråde. Hvis robotten støder på en klippe, hvis sammensætning passer til et tidligere vandmiljø, kan den straks foretage en mere detaljeret scanning frem for blindt at følge en forudindstillet rute.
Sideløbende designer ingeniører verden over hele sværme af små gående robotter. Hver enkelt kan dække et begrænset terrænareal, men tilsammen danner de et sensornetværk, der strækker sig over titusinder af kvadratkilometer. Erfaringerne med ANYmal tyder på, at kombinationen af ben, miniatureinstrumenter og software, der selvstændigt kan træffe en del beslutninger, kan accelerere forskningshastigheden markant i de kommende årtier.
Fra laboratorium til reelle rummissioner
Indtil videre opererer ANYmal under kontrollerede forhold – i haller og testterræner, der efterligner marsianske og månelignende landskaber. Inden den nogensinde sidder oven på en raket, skal en række vanskelige udfordringer løses. Det drejer sig blandt andet om modstandsdygtighed over for opstartsvibration, vakuum, drastiske temperaturændringer, kosmisk stråling og fint støv, der trænger ind i mekanismerne.
Ingeniørerne skal desuden reducere energiforbruget. At gå på ben er mere "anstrengende" for en robot end at køre på hjul, og derfor tæller hver eneste watt. På den anden side – hvis maskinen takket være sin terrænevne hurtigt udforsker et større område end en langsom rover, kan energiregnskabet alligevel ende positivt.
Hvad en robot-hund konkret ændrer i praksis
Introduktionen af gående robotter til månens og Mars' missioner kan give en række håndgribelige fordele:
- Hurtigere indsamling af geologiske data over et større areal,
- bedre adgang til vanskelige lokationer, som fx stejle kratervægge,
- reduceret arbejdsbyrde for jordbaserede teams, der ellers konstant skal overvåge hvert enkelt bevægelse,
- større missionsfeksibilitet – evnen til at reagere på uventede fund direkte på stedet.
For fremtidige månebeboere betyder teknologien en hurtigere kortlægning af baseomgivelserne og mere velovervejet infrastrukturplanlægning. For Mars-forskere betyder det større chance for, at en klippe med subtile spor af fortidigt liv ikke overses midt i et virvar af sten.
I praksis er det endnu et skridt i retning af robotter, der ikke behøver at blive ført i hånden. I stedet for at udsende snesevis af mikrokommandoer kan ingeniørerne sige: "Her er et interessant område – lav en grundig analyse af det" – og resten klarer den intelligente robot-hund selv, mens den vælger den optimale rute mellem stenene og selv justerer målingens parametre.
