В статье, недавно опубликованной в журнале Science Robotics, исследователи представили результаты смелого полевого эксперимента, моделирующего исследование роботизированными устройствами подземных лавовых труб — сред, которые, как считается, существуют на Марсе и Луне. Эти структуры, образованные древней вулканической активностью, считаются перспективными кандидатами для будущих миссий по созданию среды обитания и поиску жизни.
Чтобы проверить возможность навигации по такой экстремальной местности, учёные использовали команду автономных роботов в естественной лавовой пещере на Лансароте, вулканическом острове на Канарских островах. 21-дневные испытания показали как потенциал, так и сохраняющиеся проблемы использования кооперативных роботов для исследования сред, недоступных для человека.
Почему лавовые трубы важны для будущих исследований
Лавовые трубы — это по сути подземные туннели, оставшиеся после потоков вулканической лавы. На Земле они существуют в таких местах, как Исландия, Гавайи и Испания, но аналогичные образования, как полагают, существуют под поверхностью Луны и Марса. Эти естественные пустоты обеспечивают необычно стабильную среду, защищённую от солнечной радиации, ударов микрометеоритов и экстремальных колебаний температуры, характерных для поверхностей планет.
Для инженеров и астробиологов эти пещеры представляют собой двойные возможности: защищённые площадки для создания долгосрочных человеческих поселений и научно ценные области, где могут быть сохранены признаки прошлой или даже настоящей внеземной жизни.
Прямое исследование этих сред остаётся серьёзным препятствием. Их недоступность, переменный рельеф и полная темнота делают их негостеприимными для астронавтов. Логистика и затраты, связанные с отправкой людей в такие среды на другой планете, далеко не тривиальны. Именно здесь на помощь приходит автономная робототехника — не просто как альтернатива, но как необходимый предшественник любой человеческой миссии, направленной на безопасное проникновение в среды лавовых труб или их использование.
Эксперимент на Лансароте
Международная команда, стоящая за недавним исследованием, выбрала остров Лансароте из-за его геологического сходства с лавовыми трубными системами Марса и Луны. Полевые испытания, длившиеся три недели, были разделены на несколько этапов, каждый из которых был направлен на проверку определённых возможностей роботов.
Операция началась с двух роботизированных ровёров, исследующих и картографирующих вход в пещеру. Один из них развернул оснащённый датчиками куб полезной нагрузки в отверстие светового люка, чтобы создать трёхмерную модель входа в пещеру. Сложность резко возросла на следующем этапе, когда два робота работали вместе в автономном режиме. Меньший ровер физически прикрепился к большему и использовал систему спуска, чтобы спуститься в пещеру. После отсоединения он преодолел более 235 метров вглубь поверхности, самостоятельно создав подробную трёхмерную карту подземного рельефа.
Это испытание знаменует собой значительную веху: впервые мультироботная система автономно прокартографировала такую сложную подземную среду в реальных условиях. «Гетерогенная кооперативная команда роботов — это многообещающий подход к решению проблемы доступа и исследования внеземных лавовых пещер», — написали исследователи в статье, опубликованной в Science Robotics, описывающей их работу на Лансароте.
Технические барьеры для автономной разведки пещер
Хотя эксперимент в целом был успешным, в ходе кампании выявились несколько технических ограничений. Георадар, ключевой инструмент для понимания подземных структур, испытывал трудности из-за высокого содержания влаги в пещерной среде — что менее вероятно на Луне или Марсе, но всё же требует учёта при разработке будущих миссий.
Интерференция датчиков была ещё одной проблемой, особенно в районах, где отражающие поверхности и пыль сбивали с толку системы навигации роботов.
Однако наиболее серьёзной проблемой остаётся принятие полностью автономных решений. Хотя роботы продемонстрировали впечатляющую способность к навигации, координации и картографированию без участия человека, способность динамически адаптироваться к неожиданным препятствиям на местности или системным сбоям ещё не доработана. Текущие алгоритмы требуют существенного предварительного программирования и предположений об окружающей среде, которые могут не соответствовать условиям инопланетных пещер.
Кроме того, точность картографирования по-прежнему сильно зависит от наличия эталонных данных о местности — которых, по определению, нет во внеземной среде. Отсутствие проверки в реальных условиях ограничивает доверие к созданным картам и указывает на необходимость улучшения алгоритмов слияния датчиков и исправления ошибок.