Искусственный интеллект помогает ученым определять минералы в породах, изучаемых марсоходом Perseverance.
Некоторые ученые мечтают об исследовании планет с помощью «умных» космических аппаратов, которые точно знают, какие данные искать, где их искать и как их анализировать. Хотя для воплощения этой мечты в реальность потребуется время, достижения марсохода Perseverance, созданного NASA, являются многообещающими шагами в этом направлении.
Почти три года марсоход тестирует искусственный интеллект, который ищет минералы в породах Красной планеты. Это первый случай использования искусственного интеллекта на Марсе для принятия автономных решений на основе анализа состава горных пород в режиме реального времени.
Программное обеспечение поддерживает PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry), спектрометр, разработанный Лабораторией реактивного движения NASA. Составляя карту химического состава минералов на поверхности породы, PIXL позволяет ученым определить, формировалась ли порода в условиях, которые могли способствовать развитию микробной жизни в древнем прошлом Марса.
Программное обеспечение, называемое «адаптивным отбором проб», автономно позиционирует прибор вблизи скалы, а затем просматривает сканы PIXL, чтобы найти минералы, которые стоит изучить более глубоко. Все это происходит в режиме реального времени, без общения ровера с диспетчерами на Земле.
«Мы используем искусственный интеллект PIXL, чтобы сосредоточиться на ключевых научных исследованиях», — говорит главный исследователь прибора Эбигейл Оллвуд из JPL. «Без него вы бы увидели в данных намек на что-то интересное, а потом пришлось бы заново сканировать скалу, чтобы изучить ее подробнее. Это позволяет PIXL делать выводы без изучения данных человеком».
Данные с приборов Perseverance, включая PIXL, помогают ученым определить, когда нужно выбурить керн породы и запечатать его в титановую металлическую трубку, чтобы его, а также другие высокоприоритетные образцы, можно было доставить на Землю для дальнейшего изучения в рамках кампании NASA по возвращению образцов с Марса.
Адаптивный отбор образцов — не единственное применение искусственного интеллекта на Марсе. Примерно в 3 700 километрах от Perseverance находится аппарат NASA Curiosity, который впервые применил искусственный интеллект, позволяющий марсоходу автономно облучать камни лазером, основываясь на их форме и цвете. Изучение газа, сгорающего после каждого лазерного удара, позволяет определить химический состав камня. Perseverance обладает той же способностью, а также более продвинутой формой искусственного интеллекта, которая позволяет ему ориентироваться без особых указаний с Земли. Оба ровера по-прежнему полагаются на десятки инженеров и ученых, планирующих каждый день набор из сотен отдельных команд, но эти цифровые умные технологии помогают обеим миссиям делать больше за меньшее время.
«Идея адаптивной выборки PIXL заключается в том, чтобы помочь ученым найти иголку в стоге сена, освободив время и энергию, чтобы они могли сосредоточиться на других вещах», — говорит Питер Лоусон, который руководил внедрением адаптивной выборки до ухода на пенсию из JPL. «В конечном итоге это помогает нам быстрее собирать лучшие научные данные».
Использование искусственного интеллекта для позиционирования PIXL
ИИ помогает PIXL двумя способами. Во-первых, он правильно позиционирует прибор, как только тот оказывается вблизи скальной мишени. Расположенный на конце роботизированной руки Perseverance, спектрометр сидит на шести крошечных роботизированных ножках, называемых гексаподом. Камера PIXL неоднократно проверяет расстояние между прибором и скальной целью, чтобы помочь с позиционированием.
Температурные колебания на Марсе достаточно велики, чтобы рука Perseverance расширялась или сжималась на микроскопическую величину, что может сбить прицел PIXL. Гексапод автоматически настраивает прибор так, чтобы он находился исключительно близко, не соприкасаясь с камнем.
«Чтобы добиться нужной точности, нам приходится вносить коррективы в масштабе микрометров», — говорит Оллвуд. «Прибор приближается к скале настолько близко, что у инженера волосы встают дыбом».
Создание карты полезных ископаемых
После того как PIXL установлен на место, шанс проявить себя получает другая система искусственного интеллекта. PIXL сканирует участок горной породы размером с почтовую марку, тысячекратно обстреливая его рентгеновским лучом, чтобы создать сетку микроскопических точек. Каждая точка содержит информацию о химическом составе минералов.
Минералы имеют решающее значение для ответов на ключевые вопросы о Марсе. В зависимости от породы ученые могут искать карбонаты, которые скрывают подсказки о том, как вода могла сформировать породу, или фосфаты, которые могли служить питательной средой для микробов, если таковые существовали в марсианском прошлом.
Ученые не могут заранее знать, какой из сотен рентгеновских снимков обнаружит тот или иной минерал, но когда прибор находит определенные минералы, он может автоматически остановиться, чтобы собрать больше данных — это действие называется «длительная остановка». По мере совершенствования системы за счет машинного обучения список минералов, на которых PIXL может сосредоточиться при длительной остановке, постоянно растет.
«PIXL — это своего рода швейцарский армейский нож, который можно настраивать в зависимости от того, что ученые ищут в данный момент», — говорит Дэвид Томпсон из JPL, который помогал разрабатывать программное обеспечение. «Марс — отличное место для тестирования ИИ, так как мы регулярно общаемся каждый день, что дает нам возможность вносить коррективы по ходу работы».
Когда будущие миссии отправятся глубже в Солнечную систему, они будут находиться без связи дольше, чем миссии, которые сейчас находятся на Марсе. Именно поэтому существует большой интерес к разработке более автономных миссий, которые будут перемещаться и заниматься наукой на благо человечества.
