Juni 21, 2024

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Die neue Methode könnte es Multi-Roboter-Teams ermöglichen, andere Planeten unabhängig und zuverlässig zu erkunden

Die neue Methode könnte es Multi-Roboter-Teams ermöglichen, andere Planeten unabhängig und zuverlässig zu erkunden

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Der Rover im Swing-Stil wurde ausgewählt, weil er einen kleinen Formfaktor hat und Rack-Komponenten verwendet. Bildnachweis: Sarah Swinton.

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Der Rover im Swing-Stil wurde ausgewählt, weil er einen kleinen Formfaktor hat und Rack-Komponenten verwendet. Bildnachweis: Sarah Swinton.

Während Robotiker in den letzten Jahrzehnten immer ausgefeiltere Systeme entwickelt haben, ist es oft schwierig sicherzustellen, dass diese Systeme in realen Umgebungen autonom und ohne Pannen funktionieren können. Dies ist besonders schwierig, wenn diese Roboter für den Einsatz in komplexen Umgebungen konzipiert sind, einschließlich des Weltraums und anderer Planeten.

Forscher der Universität Glasgow haben kürzlich eine neue Methodik entwickelt, die es Teams aus mehreren Rovern ermöglichen könnte, andere Planeten unabhängig und zuverlässig zu erkunden. Diese Methode wurde in A eingeführt Papier Zuvor veröffentlicht am arXiv,bezieht Daten aus verschiedenen Quellen ein, darunter Bilddaten, Karten und von Sensoren gesammelte Informationen, um effiziente Wege für die verschiedenen Roboter im Team zu planen.

„Der Einsatz eines Teams von Planetenerkundungsrovern zur Erkundung der Marsoberfläche anstelle eines einzelnen Rovers könnte die wissenschaftlichen Fähigkeiten der Mission erheblich verbessern“, sagte Sarah Swinton, Erstautorin des Papiers, gegenüber Tech Xplore. „Alle Planetenerkundungsrover müssen über ein gewisses Maß an Autonomie verfügen, da die Kommunikationslatenz zwischen Erde und Mars es für Menschen sehr schwierig und zeitaufwändig macht, Befehlsaktionen durchzuführen. Der Einsatz eines Rover-Teams legt mehr Wert auf Autonomie, z. B Es wird für menschliche Bediener immer schwieriger, ihr Verhalten zu koordinieren.

Das Hauptziel der neuesten Studie von Swinton und ihren Mitarbeitern bestand darin, ein seit langem bestehendes Forschungsproblem in der Robotik effektiv anzugehen: die effiziente Abwicklung autonomer Planetenerkundungsmissionen mit mehreren Robotern. Zu diesem Zweck entwickelte das Team ein Missionsschema mit mehreren Fahrzeugen, das es einem Team aus mehreren Rovern, kleinen Robotern für die Weltraumforschung, ermöglichen würde, autonom, sicher und effizient eine Region der Marsoberfläche zu erkunden.

„Die von uns vorgeschlagene Methode ermöglicht es dem Roboterteam, die Marsoberfläche in zwei Hauptphasen autonom zu erkunden: Kartenerstellung und Missionsplanung“, erklärte Swinton. „Zuerst wird eine Karte der Umgebung anhand von 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. Das Diagramm überlagert dann 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 wir wollen, dass Raumschiffe sie beproben“, sagte Swinton. „Sobald diese Karte erstellt ist, durchsucht unser Missionsplaner die Umgebung, um eine effiziente Route zu ermitteln, die die Wahrscheinlichkeit erhöht, interessante Orte zu finden. Anschließend wird für jedes Mitglied des Rover-Teams ein koordinierter Satz sicherer Routen festgelegt.“

Das von Swinton und ihren Kollegen entwickelte Multi-Fahrzeug-Missionsschema hat verschiedene Vorteile gegenüber zuvor entwickelten Methoden. Die Karte identifiziert nicht nur Gebiete, in denen Rover sicher reisen können, und plant Wege für ihren autonomen Betrieb, sondern liefert auch Informationen darüber, wo sich Standorte von wissenschaftlichem Interesse befinden könnten.

„Unser umherziehendes Team ist in der Lage, das gesamte Missionsgebiet auf einer Fläche von 22.500 Metern sicher und effizient zu durchsuchen2 „In relativ kurzer Zeit“, sagte Swinton, „bemerkenswert ist auch, dass jeder Rover eine selbstfahrende Strecke zurücklegt, die dem aktuellen Rekord für die ‚längste von einem Planetenerkundungsrover ohne menschliche Kontrolle zurückgelegte Strecke‘ entspricht.“ Unsere Arbeit zeigte auch, dass die Sucheffizienz durch den Einsatz des Rover-Teams auf dem One Rover verbessert wurde.“

Swinton und ihre 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 Quadratmetern unabhängig zu erkunden.2 Auf dem Mars in etwa 40 Minuten.

Während das Schema bisher auf die Marserkundung angewendet wurde, könnte es auch auf Missionen angewendet werden, die über die Planetenerkundung hinausgehen. Beispielsweise kann 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 zu rettende Personen treffen brauche Unterstützung.

In ihren kommenden Studien planen Swinton und ihre Kollegen, ihre Methodik weiterzuentwickeln und zu testen und gleichzeitig an anderen Rechenwerkzeugen zu arbeiten, um den autonomen Betrieb mehrerer Roboter zu unterstützen. Diese Tools umfassen auch Möglichkeiten zur Verbesserung der Fehlertoleranz in mehreren Robotikteams.

„Die Auswirkungen von Fehlern und Ausfällen sind bei Planetenerkundungsmissionen ein ernstes Problem“, 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 Fehler diagnostiziert wurden, können Wiederherstellungsmaßnahmen ergriffen werden, um etwaige Auswirkungen des Fehlers auf die Mission abzumildern . Ergebnisse.“

Mehr Informationen:
Sarah Swinton et al., Eine neue Methodik für die autonome Planetenerkundung mithilfe von Multi-Roboter-Teams, arXiv (2024). doi: 10.48550/arxiv.2405.12790

Informationen zum Magazin:
arXiv


Siehe auch  Unter der Erdkruste wurden riesige Ozeane entdeckt, die mehr Wasser enthalten als an der Oberfläche