En ny robot-hund fra et europæisk laboratorium bevæger sig så sikkert hen over klippeterræn, at klassiske rovere pludselig virker som tunge dinosaurer fra en svunden tid.
Derfor kravler Mars-rovere så langsomt afsted
Rovere på Mars ser imponerende ud på billeder, men i virkeligheden rykker de frem i et tempo, der minder om en meget forsigtig pensionist på søndagstur. En typisk dag tilbagelægger de højst et par hundrede meter. Det skyldes ikke manglende kraft – det skyldes kommunikationens begrænsninger over de astronomiske afstande.
Et radiosignal bruger mellem 4 og 22 minutter på at rejse én vej mellem Jorden og Mars. Operatørerne sender en kommando, roveren udfører den, sender data retur, og holdet analyserer resultatet, før næste trin planlægges. Det bliver til en trættende ping-pong, der kvæler arbejdshastigheden fuldstændigt.
På Månen er forsinkelserne betydeligt kortere, men her opstår andre forhindringer: kraterfyldt terræn, bratte skråninger, løst regolith og voldsome temperatursvingninger. Hjul har svært ved at klatre over stenblokkene og synker hurtigt ned i blødt underlag. Derfor vokser interessen for gående konstruktioner, som klarer sig langt bedre i den slags kaotiske landskaber.
ANYmal – den mekaniske "hund" med et geologisk laboratorium om bord
Robotten ANYmal er udviklet ved ETH Zurich som en firbenet mobil platform. Den måler omkring én meter i længden, og dens silhuet minder faktisk meget om de robot-hunde, man kender fra film og videoer på nettet. Det afgørende er dog ikke benene i sig selv, men hvad ingeniørerne har udstyret den med til månens og Mars' udforskningsbehov.
En robotarm er monteret på kroppen og bærer to kompakte videnskabelige instrumenter. Den kombination forvandler ANYmal fra en "smart gående legetøjsfigur" til en reel feltgeolog på fire ben.
ANYmal kan selvstændigt nærme sig en sten, placere sine instrumenter mod overfladen og på få øjeblikke fastslå dens sammensætning – uden at tage prøver med og uden at transportere dem til et eksternt laboratorium.
Et mikroskop der ser mineraler med teknikkens blotte øje
Det første instrument hedder MICRO og er et meget kompakt mikroskopkamera. Det giver mulighed for at betragte stenoverflader i en forstørrelse, der er stor nok til at skelne strukturer og individuelle mineralkorn. For geologer svarer det til en lup og et mikroskop i ét – bare fastgjort på en smidig robot frem for opstillet på et laboratoriesbord.
ANYmal kan dermed ikke blot kigge på en sten på afstand. Den kan "sætte sig på hug" ved siden af den og indsamle billeder i en skala, der faktisk afslører noget om terrænstykketes geologiske historie – for eksempel om stenen er dannet i nærvær af vand.
Raman-spektrometer – kemi direkte fra stenoverfladen
Det andet instrument er et bærbart Raman-spektrometer. Kort fortalt sender apparatet en laser mod stenen og analyserer derefter det spredte lys. Ud fra måden, fotonerme "bouncer" fra molekylerne, kan man udlede den kemiske sammensætning af prøven.
Denne metode egner sig fremragende til:
- at skelne mineraler, der ligner hinanden udvendigt,
- at spore forbindelser knyttet til tilstedeværelsen af vand,
- at lede efter såkaldte biosignaturer – spor af biologiske processer bevaret i klipperne.
Under forsøg i et laboratorium, der simulerede marsianske forhold, identificerede ANYmal bl.a. gips, forskellige karbonater, basalt, dunit og anorthosit. Det er mineraler typiske for vulkanske og sedimentære bjergarter, som er vigtige både geologisk set og i søgningen efter tidligere livsgyngende miljøer.
Autonom robot mod menneske med joystick
Et hold ledet af Gabriela Ligeza, der arbejder hos Den Europæiske Rumfartsorganisation, undersøgte, hvordan ANYmal klarede sig under manuel styring sammenlignet med halvt autonomt mode. Tidsforskellen var slående.
| Driftstilstand | Antal undersøgelsesmål | Samlet missionstid |
|---|---|---|
| Forsker styrer trin for trin | Ét mål ad gangen | Ca. 41 minutter |
| Halvt autonomt, flere mål på forhånd | Flerpunkts-missioner | 12 til 23 minutter |
I det første scenarie ledte forskeren robotten til én sten, konfigurerede målingerne, afventede resultater og analyserede dem, inden næste lokalitet blev udpeget. I det andet scenarie fik robotten en liste med punkter at besøge og valgte selv ruten samt gennemførte den fulde analysesekvens på hvert sted.
Med den fremgangsmåde udførte ANYmal en tilsvarende mængde arbejde to til tre gange hurtigere end under konstant menneskelig overvågning.
Gevinsten kom ikke primært fra højere ganghastighed, men fra fraværet af "tomme" kommunikationsrunder. Hvis et lignende system blev anvendt på Mars, ville det reducere antallet af kommandoer fra Jorden og lade robotten træffe en række småbeslutninger lokalt uden at vente på instruktioner.
Månen: hurtig ressourcekortlægning til fremtidige baser
På Månen er det vigtigste at kortlægge tilgængelige ressourcer. Fremtidige forskningsstationer og potentielle bosættelser har brug for vand, metaller og byggematerialer i nærheden. At transportere alt fra Jorden er simpelthen ikke økonomisk forsvarligt.
En gående robot udstyret med instrumenter som MICRO og Raman-spektrometeret ville på kort tid kunne gennemføre et tæt målegitter inden for ét krater frem for at skubbe en langsom rover afsted. Polområderne er særligt interessante, da skyggelagte steder formentlig huser isforekomster, der har ligget uforstyrret i millioner af år.
Ben giver ANYmal en fordel dér, hvor hjul intet stiller op: på bratte skråninger, i felter med store stenblokke og tæt på kraterkanter. Det åbner adgangen til klippestykker, der hidtil har været uden for elektronikkens rækkevidde.
Mars: jagt på kemiske spor fra tidligere liv
På den Røde Planet er prioriteterne lidt anderledes. Her handler det største spørgsmål om, hvorvidt mikroorganismer eksisterede i fortiden – eller måske endnu overlever i isolerede nicher. Beviser på det kan gemme sig i sedimentære bjergarter i form af specifikke mineraler eller organiske forbindelser.
Raman-spektrometeret, som ANYmal er udstyret med, er netop beregnet til at opspore den slags kemiske fingerpeg. Støder robotten på en sten, hvis sammensætning peger på et tidligere vandigt miljø, kan den straks foretage en dybere scanning frem for blindt at følge en forudbestemt rute.
Parallelt hermed designer ingeniører verden over hele sværme af små gående robotter. Hver enkelt dækker et begrænset område, men tilsammen danner de et sensornetværk, der strækker sig over titusindvis af kvadratkilometer. Erfaringerne med ANYmal antyder, at kombinationen af ben, miniaturiserede instrumenter og software, der selvstændigt træffer en del beslutninger, kan accelerere forskningstempoet markant i de kommende årtier.
Fra laboratorium til egentlige rummissioner
Indtil videre opererer ANYmal under kontrollerede forhold – i haller og testterræner, der efterligner marsianske og månelignende landskaber. Før den kan sættes på en raket, skal adskillige svære problemer løses. Det drejer sig bl.a. om modstandsdygtighed over for opsendelsesvibrationerne, vakuum, drastiske temperaturskift, kosmisk stråling og fint støv, der trænger ind i mekanismerne.
Ingeniørerne skal desuden nedbringe energiforbruget. At gå på ben er mere "anstrengende" for en robot end at køre på hjul, og hvert watt tæller. På den anden side – hvis maskinen takket være sin terrænsikkerhed udforsker et større område på kortere tid end en langsom rover, kan energiregnskabet alligevel gå op.
Hvad en robot-hund konkret ændrer i praksis
Indførelsen af gående robotter i måne- og Mars-missioner kan give flere målbare fordele:
- hurtigere indsamling af geologiske data over større arealer,
- bedre adgang til svært tilgængelige steder, f.eks. bratte kratervægge,
- reduceret arbejdsbyrde for jordholdene, der ellers konstant skal overvåge hvert eneste roverbevægelse,
- større missionsmæssig fleksibilitet – mulighed for at reagere på uventede fund på stedet.
For fremtidige måneboere betyder teknologien en hurtigere kortlægning af basens nærområde og mere velovervejet infrastrukturplanlægning. For Mars-forskere betyder det en større chance for, at en klippe med subtile spor af gammelt liv ikke passerer ubemærket forbi.
I bund og grund er det endnu et skridt i retning af robotter, der ikke skal holdes i hånden. I stedet for at sende snesevis af mikrokommandoer kan ingeniørerne blot sige: "Her er et interessant område – lav en grundig analyse" – og så klarer den intelligente robot-hund resten selv, vælger den optimale rute mellem stenene og justerer målingerne undervejs.
