Alors que les roboticiens ont développé des systèmes de plus en plus sophistiqués au cours des dernières décennies, il s’avère souvent difficile de garantir que ces systèmes puissent fonctionner de manière autonome dans des contextes réels sans incident. Cela est particulièrement difficile lorsque ces robots sont conçus pour être déployés dans des environnements complexes, notamment l’espace et d’autres planètes.
Des chercheurs de l’Université de Glasgow ont récemment développé une nouvelle méthodologie qui pourrait permettre à des équipes composées de plusieurs rovers d’explorer d’autres planètes de manière autonome et fiable. Cette méthode, introduite dans un papier pré-publié sur arXivintègre des données dérivées de diverses sources, notamment des données d’imagerie, des cartes et des informations collectées par des capteurs, pour planifier des itinéraires efficaces pour les différents robots d’une équipe.
« Utiliser une équipe de rovers d’exploration planétaire pour explorer la surface martienne, plutôt qu’un seul rover, pourrait étendre considérablement les capacités scientifiques d’une mission », a déclaré Sarah Swinton, première auteure de l’article, à Tech Xplore. « Tous les rovers d’exploration planétaire doivent utiliser un certain niveau d’autonomie, car les latences de communication entre la Terre et Mars rendent extrêmement difficile et longue la réalisation d’actions de conduite par les humains. L’emploi d’une équipe de rovers met davantage l’accent sur l’autonomie, car le la difficulté de coordonner leurs comportements augmente pour les opérateurs humains.
L’objectif principal de la récente étude menée par Swinton et ses collaborateurs était de s’attaquer efficacement à un problème de recherche de longue date en robotique : s’attaquer efficacement aux missions d’exploration planétaire autonomes multi-robots. Pour ce faire, l’équipe a développé un planificateur de mission multi-rover qui permet à une équipe de plusieurs rovers, petits robots conçus pour l’exploration spatiale, d’explorer de manière autonome, sûre et efficace une zone de la surface martienne.
« La méthode que nous avons proposée permet à une équipe de robots d’explorer de manière autonome la surface martienne à travers deux étapes clés : la génération de cartes et la planification de la mission », a expliqué Swinton. « Tout d’abord, une carte de l’environnement est créée à l’aide des données du Mars Reconnaissance Orbiter. Nous avons spécifiquement utilisé les données du cratère Jezero, où opère actuellement le rover Perseverance de la NASA. »
Après avoir créé une carte de l’environnement que les rovers exploreront sur Mars, le planificateur de l’équipe l’analyse et la divise en différentes régions, mettant en évidence les parties avec un terrain que les rovers peuvent traverser en toute sécurité. Ensuite, le planificateur superpose une carte de distribution de probabilité, qui met en évidence la probabilité que les rovers rencontrent des emplacements d’intérêt scientifique sur des sites spécifiques de l’environnement qu’ils explorent.
« Ces points pourraient représenter des roches sur lesquelles nous souhaitons que les rovers prélèvent des échantillons », a déclaré Swinton. « Une fois cette carte créée, notre planificateur de mission recherche l’environnement pour identifier un itinéraire efficace qui augmentera la probabilité de trouver les points d’intérêt. Un ensemble coordonné de chemins sûrs pour chaque membre de l’équipe du rover est ensuite identifié. »
Le planificateur de mission multi-rover développé par Swinton et ses collègues présente divers avantages par rapport aux approches développées précédemment. En plus de délimiter le terrain sur lequel les rovers peuvent se déplacer en toute sécurité et de planifier les itinéraires pour leur fonctionnement autonome, le planificateur fournit également des informations sur les emplacements possibles des sites d’intérêt scientifique.
« Notre équipe de rover est capable de rechercher de manière sûre et efficace un site de mission complet couvrant 22 500 m2 dans un laps de temps relativement court », a déclaré Swinton. « Il convient également de noter que chaque rover parcourt une distance de conduite autonome comparable au record actuel de « la plus longue distance parcourue sans examen humain » par un rover d’exploration planétaire. Nos travaux ont également montré que l’efficacité de la recherche a été améliorée en utilisant un rover. équipe sur un seul mobile.
Swinton et ses collègues ont évalué leur approche de cartographie et de planification dans une série de tests et de simulations effectués à l’aide d’un ensemble de cartes de distribution de probabilité générées aléatoirement. Leurs résultats étaient très prometteurs, suggérant que leur méthode pourrait permettre à une équipe de cinq rovers d’explorer de manière autonome une zone de 22 500 m2 sur Mars en 40 minutes environ.
Si le planificateur était jusqu’ici appliqué à l’exploration de Mars, il pourrait être appliqué à d’autres missions au-delà de l’exploration planétaire. Par exemple, cela pourrait également aider à coordonner les efforts de plusieurs robots au sol lors d’opérations de recherche et de sauvetage simplement en utilisant une carte de l’environnement d’intérêt et une carte de distribution de probabilité qui met en évidence les endroits où les robots sont les plus susceptibles de rencontrer des personnes à secourir. ou qui ont besoin d’aide.
Dans leurs prochaines études, Swinton et ses collègues prévoient de développer et de tester davantage leur méthodologie, tout en travaillant également sur d’autres outils informatiques pour prendre en charge le fonctionnement autonome de plusieurs robots. Ces outils comprendront également des méthodes pour améliorer la tolérance aux pannes des équipes multi-robots.
« Les effets des pannes et des pannes constituent une préoccupation majeure dans les missions de rover d’exploration planétaire », a ajouté Swinton. « Pour qu’une équipe de robots d’exploration planétaire soit considérée comme digne de confiance, les robots doivent être capables de diagnostiquer des pannes chez eux-mêmes et/ou chez leurs coéquipiers. Ce n’est qu’une fois les pannes diagnostiquées que des mesures de récupération peuvent être prises pour atténuer tout impact de la panne sur la mission. résultats. »
Plus d’information:
Sarah Swinton et al, Une nouvelle méthodologie pour l’exploration planétaire autonome à l’aide d’équipes multi-robots, arXiv (2024). DOI : 10.48550/arxiv.2405.12790
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