Neue Methode könnte es Multi-Roboter-Teams ermöglichen, andere Planeten autonom und zuverlässig zu erkunden

Während Robotiker in den letzten Jahrzehnten immer ausgefeiltere Systeme entwickelt haben, erweist es sich oft als schwierig sicherzustellen, dass diese Systeme in realen Umgebungen autonom und ohne Zwischenfälle funktionieren können. Dies stellt eine besondere Herausforderung dar, wenn diese Roboter für den Einsatz in komplexen Umgebungen, einschließlich des Weltraums und anderer Planeten, konzipiert sind.

Forscher der Universität Glasgow haben kürzlich eine neue Methodik entwickelt, die es Teams aus mehreren Rovern ermöglichen könnte, andere Planeten autonom und zuverlässig zu erkunden. Diese Methode wird in einem vorveröffentlichten Artikel über vorgestellt arXivintegriert Daten aus verschiedenen Quellen, darunter Bilddaten, Karten und von Sensoren gesammelte Informationen, um effiziente Routen für verschiedene Roboter in einem Team zu planen.

„Der Einsatz eines Teams von Planetenerkundungsrovern zur Erkundung der Marsoberfläche anstelle eines einzelnen Rovers könnte die wissenschaftlichen Fähigkeiten einer Mission erheblich erweitern“, sagte Sarah Swinton, Erstautorin des Papiers, gegenüber Tech Xplore. „Alle Planetenerkundungsrover müssen über ein gewisses Maß an Autonomie verfügen, da Kommunikationslatenzzeiten zwischen Erde und Mars es für Menschen äußerst schwierig und zeitaufwändig machen, Fahraktionen durchzuführen. Beim Einsatz eines Teams von Rovern wird mehr Wert auf Autonomie als auf die Schwierigkeit der Koordination gelegt.“ Ihr Verhalten nimmt für menschliche Bediener zu.

Das Hauptziel der aktuellen Studie von Swinton und Kollegen bestand darin, ein seit langem bestehendes Forschungsproblem in der Robotik effektiv anzugehen: die effektive Bewältigung autonomer Planetenerkundungsmissionen mit mehreren Robotern. Zu diesem Zweck entwickelte das Team einen Multi-Rover-Missionsplaner, der es einem Team aus mehreren Rovern, kleinen Robotern für die Weltraumforschung, ermöglicht, einen Bereich der Marsoberfläche autonom, sicher und effizient zu erkunden.

„Die von uns vorgeschlagene Methode ermöglicht es einem Roboterteam, die Marsoberfläche in zwei Schlüsselphasen autonom zu erkunden: Kartenerstellung und Missionsplanung“, erklärte Swinton. „Zuerst wird eine Karte der Umgebung mit Daten des Mars Reconnaissance Orbiter erstellt. Wir haben speziell Daten vom Jezero-Krater verwendet, wo derzeit der Perseverance-Rover der NASA im Einsatz ist.“

Nachdem er eine Karte der Umgebung erstellt hat, die die Rover auf dem Mars erkunden werden, analysiert der Planer des Teams diese und unterteilt sie in verschiedene Regionen, wobei er Teile mit Gelände hervorhebt, die die Rover sicher durchqueren können. Als nächstes überlagert der Planer eine Wahrscheinlichkeitsverteilungskarte, die die Wahrscheinlichkeit hervorhebt, dass Rover an bestimmten Orten in der Umgebung, die sie erkunden, auf Orte von wissenschaftlichem Interesse stoßen.

„Diese Punkte könnten Gesteine ​​darstellen, von denen die Rover Proben nehmen sollen“, sagte Swinton. „Sobald diese Karte erstellt ist, durchsucht unser Missionsplaner die Umgebung, um eine effiziente Route zu identifizieren, die die Wahrscheinlichkeit erhöht, die Punkte von Interesse zu finden. Anschließend wird ein koordinierter Satz sicherer Routen für jedes Mitglied des Rover-Teams identifiziert.“

Der von Swinton und Kollegen entwickelte Multi-Rover-Missionsplaner hat verschiedene Vorteile gegenüber zuvor entwickelten Ansätzen. Neben der Abgrenzung des Geländes, über das sich Rover sicher bewegen können, und der Planung von Routen für ihren autonomen Betrieb bietet der Planer auch Informationen zu möglichen Standorten von Standorten von wissenschaftlichem Interesse.

„Unser Rover-Team ist in der Lage, ein komplettes Missionsgebiet mit einer Fläche von 22.500 m sicher und effizient zu durchsuchen.² in relativ kurzer Zeit“, sagte Swinton. „Es ist auch erwähnenswert, dass jeder Rover eine autonome Fahrstrecke zurücklegt, die mit dem aktuellen Rekord für die „längste ohne menschliche Kontrolle zurückgelegte Strecke“ eines Planetenerkundungsrovers vergleichbar ist. Unsere Arbeit zeigte auch, dass die Sucheffizienz durch den Einsatz eines Rover-Teams anstelle eines einzelnen Rovers verbessert wurde. »

Swinton und seine Kollegen bewerteten ihren Kartierungs- und Planungsansatz in einer Reihe von Tests und Simulationen, die mithilfe einer Reihe zufällig generierter Wahrscheinlichkeitsverteilungskarten durchgeführt wurden. Ihre Ergebnisse waren sehr vielversprechend und deuten darauf hin, dass ihre Methode es einem Team von fünf Rovern ermöglichen könnte, ein Gebiet von 22.500 m autonom zu erkunden.² zum Mars in etwa 40 Minuten.

Wenn der Planer zuvor auf die Marserkundung angewendet wurde, könnte er auch auf andere Missionen über die Planetenerkundung hinaus angewendet werden. Beispielsweise könnte es auch dazu beitragen, die Bemühungen mehrerer Bodenroboter bei Such- und Rettungseinsätzen zu koordinieren, indem einfach eine Karte der interessierenden Umgebung und eine Wahrscheinlichkeitsverteilungskarte verwendet werden, die Orte hervorhebt, an denen Roboter am wahrscheinlichsten auf rettungsbedürftige Menschen treffen. oder die Hilfe brauchen.

In ihren nächsten Studien planen Swinton und Kollegen, ihre Methodik weiterzuentwickeln und zu testen und gleichzeitig an anderen Rechenwerkzeugen zu arbeiten, um den autonomen Betrieb mehrerer Roboter zu unterstützen. Diese Tools werden auch Methoden zur Verbesserung der Fehlertoleranz von Multi-Roboter-Teams umfassen.

„Die Auswirkungen von Pannen und Pannen sind ein großes Problem bei Rover-Missionen zur Planetenerkundung“, fügte Swinton hinzu. „Damit ein Team von Planetenerkundungsrobotern als vertrauenswürdig gilt, müssen die Roboter in der Lage sein, Fehler bei sich selbst und/oder ihren Teamkollegen zu diagnostizieren. Erst wenn die Fehler diagnostiziert wurden, können Wiederherstellungsmaßnahmen ergriffen werden, um die Auswirkungen des Ausfalls abzumildern.“ Missionsergebnisse.“

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