Ось як штучний інтелект змінює науку про марсохід NASA

Штучний інтелект допомагає вченим ідентифікувати мінерали в каменях, які вивчає марсохід Perseverance.

Деякі вчені мріють досліджувати планети за допомогою «розумних» космічних апаратів, які точно знають, які дані шукати, де їх знайти та як їх аналізувати. Хоча втілення цієї мрії в реальність потребує часу, прогрес, досягнутий марсоходом NASA Perseverance, пропонує багатообіцяючі кроки в цьому напрямку.

Протягом майже трьох років місія марсохода тестувала форму штучного інтелекту, яка шукає мінерали в породах Червоної планети. Це перший раз, коли ШІ використовувався на Марсі для прийняття автономних рішень на основі аналізу складу гірських порід у реальному часі.

PIXL, білий інструмент угорі ліворуч, є одним із кількох наукових інструментів, розташованих на кінці роботизованої руки на борту марсохода NASA Perseverance. 2 березня 2021 року ліва навігаційна камера марсохода зробила зображення, які складають цю композиціюNASA/JPL-Caltech

Програмне забезпечення підтримує PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry), спектрометр, розроблений Лабораторією реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії. Шляхом відображення хімічного складу мінералів на поверхні каменя PIXL дозволяє вченим визначити, чи порода утворилася в умовах, які могли сприяти мікробному життю в давньому минулому Марса.

Програмне забезпечення, що називається «адаптивним відбором проб», автономно розміщує інструмент близько до цілі породи, а потім переглядає сканування цілі PIXL, щоб знайти мінерали, які варто дослідити глибше. Все це робиться в режимі реального часу, без спілкування марсохода з диспетчерами місії на Землі.

«Ми використовуємо штучний інтелект PIXL, щоб вивчити ключову науку», — сказала головний дослідник інструменту Ебігейл Аллвуд з JPL. «Без цього ви побачили б натяк на щось цікаве в даних, а потім потрібно було б повторно сканувати камінь, щоб вивчити його більше. Це дозволяє PIXL дійти висновку, не вивчаючи дані людьми».

Це зображення кам’яної мішені на прізвисько «Тундерболт Пік» було створено марсоходом NASA Perseverance Mars за допомогою PIXL, який визначає мінеральний склад гірських порід, знімаючи їх рентгенівськими променями. Кожна блакитна крапка на зображенні означає місце, куди потрапив рентгенівський промінь.NASA/JPL-Caltech/DTU/QUT

Дані інструментів Perseverance, у тому числі PIXL, допомагають вченим визначити, коли слід просвердлити керн породи та запечатати його в титанову металеву трубу, щоб його разом з іншими високопріоритетними зразками можна було доставити на Землю для подальшого вивчення в рамках NASA. Кампанія з повернення зразків на Марс .

Адаптивна вибірка — не єдине застосування ШІ на Марсі. Приблизно в 2300 милях (3700 кілометрах) від Perseverance знаходиться Curiosity NASA, який запровадив штучний інтелект, який дозволяє марсоходу автономно знімати каміння за допомогою лазера на основі їх форми та кольору. Вивчення газу, який згорає після кожного лазерного удару, дозволяє виявити хімічний склад породи. Perseverance має ту саму здатність, а також більш досконалу форму штучного інтелекту, яка дає змогу орієнтуватися без спеціального вказівки з Землі. Обидва марсоходи все ще покладаються на десятки інженерів і вчених, щоб планувати щоденний набір із сотень окремих команд, але ці цифрові інтелектуальні технології допомагають обом місіям виконувати більше за менший час.

«Ідея адаптивної вибірки PIXL полягає в тому, щоб допомогти вченим знайти голку в стозі сіна даних, звільнивши час і енергію для того, щоб зосередитися на інших речах», — сказав Пітер Лоусон, який очолював впровадження адаптивної вибірки перед відставкою з JPL. «Зрештою, це допомагає нам швидше збирати найкращі наукові дані».

Використання ШІ для позиціонування PIXL

ШІ допомагає PIXL двома способами. По-перше, він розташовує інструмент у потрібне положення, коли інструмент знаходиться поблизу мішені-скелі. Розташований на кінці роботизованої руки Perseverance, спектрометр стоїть на шести крихітних ніжках робота, які називаються гексаподами. Камера PIXL неодноразово перевіряє відстань між інструментом і каменем, щоб допомогти з позиціонуванням.

Перепади температури на Марсі досить великі, тому рука Perseverance розширюється або стискається на мікроскопічну величину, що може завадити меті PIXL. Гексапод автоматично регулює інструмент, щоб наблизити його до нього без контакту з каменем.

«Ми повинні внести корективи в шкалу мікрометрів, щоб отримати потрібну нам точність», — сказав Аллвуд. «Він наближається до скелі настільки, що волосся на потилиці інженера піднімається вгору».

Складання карти корисних копалин

Коли PIXL займе позицію, інша система AI отримає шанс сяяти. PIXL сканує камінь розміром із поштову марку, запускаючи рентгенівський промінь тисячі разів, створюючи сітку мікроскопічних точок. Кожна точка розкриває інформацію про хімічний склад присутніх мінералів.

Мінерали мають вирішальне значення для відповіді на ключові запитання про Марс. Залежно від гірської породи, вчені можуть шукати карбонати, які приховують ключі до того, як вода могла утворити скелю, або вони можуть шукати фосфати, які могли забезпечити поживними речовинами для мікробів, якщо такі були присутні в марсіанському минулому .

Вчені не можуть заздалегідь дізнатися, який із сотень рентгенівських знімків виявить певний мінерал, але коли прилад знаходить певні мінерали, він може автоматично зупинятися, щоб зібрати більше даних — ця дія називається «тривалим витримкою». .” Оскільки система вдосконалюється завдяки машинному навчанню, список мінералів, на яких PIXL може зосередитися протягом тривалого часу, зростає.

«PIXL — це щось на кшталт швейцарського армійського ножа, оскільки його можна налаштувати залежно від того, що вчені шукають у певний час», — сказав Девід Томпсон з JPL, який допомагав розробляти програмне забезпечення. «Марс — чудове місце для тестування штучного інтелекту, оскільки ми щодня регулярно спілкуємося, що дає нам можливість вносити зміни».

Коли майбутні місії подорожуватимуть глибше в Сонячну систему, вони залишатимуться поза контактом довше, ніж місії на Марсі зараз. Ось чому існує велика зацікавленість у розвитку більшої автономії для місій, які мандрують і проводять науку на благо людства.

Детальніше про місію

Ключовою метою місії Perseverance на Марсі є астробіологія , включаючи пошук ознак стародавнього мікробного життя. Марсохід охарактеризує геологію планети та минулий клімат, прокладе шлях для дослідження Червоної планети людиною та стане першою місією, яка збиратиме та зберігатиме марсіанське каміння та реголіт (уламки каміння та пилу).

Наступні місії NASA у співпраці з ESA (Європейським космічним агентством) відправлять космічні кораблі на Марс, щоб зібрати ці запечатані зразки з поверхні та повернути їх на Землю для поглибленого аналізу.

Місія Mars 2020 Perseverance є частиною підходу NASA до дослідження Місяця до Марса, який включає місії Artemis на Місяць, які допоможуть підготуватися до дослідження Червоної планети людьми.

JPL, якою керує NASA Каліфорнійський технологічний інститут у Пасадені, штат Каліфорнія, побудував та керує роботою марсохода Perseverance.

Докладніше про Perseverance: mars.nasa.gov/mars2020/

Прес-служба NASA