Intelligence artificielle pour les missions de la NASA sur les lunes océaniques
Une intelligence artificielle est en cours de développement pour fournir un cerveau robotique à une future mission de la NASA visant à atterrir sur la surface glacée de l’une des lunes océaniques du système solaire, comme Europe ou Encelade. Le logiciel autonome est développé par des équipes de chercheurs qui utilisent un bras robotique, simulant celui d’un atterrisseur ou d’un rover, et une simulation de réalité virtuelle au Jet Propulsion Laboratory (JPL) et au Ames Research Center de la NASA, respectivement.
Une meilleure autonomie pour les rovers et atterrisseurs
Imaginez que vous êtes un atterrisseur robotique conçu pour étudier la lune Europe de Jupiter, qui abrite un océan d’eau profonde sous sa surface glacée. Vous avez bravé les ceintures de radiation de la géante gazeuse, vos rétrofusées ont été allumées et vous avez atterri en toute sécurité sur la glace. Sauf que peut-être le terrain est plus dangereux que ce que vous pensiez, avec de gros blocs de glace ou de profonds ravins. Peut-être que les propriétés de la glace ici sont différentes, plus dure, plus fine ou brisée par des impacts de micrométéorites. Vous essayez de prélever un échantillon, mais votre pelle se coince ou votre foreuse se bloque dans la glace. Vous avez un problème – et il pourrait s’écouler jusqu’à 53 minutes, en fonction de la position de la Terre et de Jupiter dans leurs orbites respectives, avant que votre équipe sur Terre ne soit au courant de quoi que ce soit, et au mieux 53 minutes supplémentaires, probablement plus longtemps, avant qu’ils ne vous envoient des commandes. À ce moment-là, votre foreuse a peut-être cassé, ou vous avez peut-être basculé dans un ravin. Dans quelle mesure votre survie serait-elle améliorée si vous pouviez prendre certaines décisions par vous-même ?
C’est ce que les ingénieurs et les scientifiques planétaires de la NASA espèrent réaliser avec deux programmes financés par l’agence qui visent à développer des logiciels autonomes, formés à l’aide de l’apprentissage automatique, du raisonnement et de l’intelligence artificielle générative, pour les futures missions d’atterrisseurs et de rovers sur les lunes océaniques. Ces programmes sont l’Ocean Worlds Lander Autonomy Testbed (OWLAT), qui est une configuration robotique au JPL, et l’Ocean Worlds Autonomy Testbed for Exploration, Research and Simulation (OceanWATERS), qui est un outil de réalité virtuelle purement virtuel au NASA Ames.
OWLAT et OceanWATERS pour tester les capacités autonomes
OWLAT se trouve dans un coin d’un bureau du JPL, juste un bras robotique sur un banc d’essai devant une fresque d’un environnement glacé et accidenté d’une lune océanique. OWLAT est conçu pour reproduire physiquement le fonctionnement d’un bras robotique dans l’environnement de faible gravité de l’une de ces lunes. Avec le bras, les ingénieurs peuvent simuler le prélèvement de matériau à la surface, le forage ou la pénétration dans la glace, ainsi que la mesure des propriétés de la glace en utilisant un bévamètre de cisaillement (qui juge la capacité d’une surface à supporter la charge d’un véhicule à roues) ou une plaque de pression d’enfoncement (qui mesure combien le sol s’enfonce lorsque la pression est appliquée). Le bras est doté d’une caméra panoramique et inclinable pour inspecter le travail des outils, ainsi que de sept degrés de liberté pour permettre au bras d’effectuer des mouvements complexes. Des capteurs internes de force et de couple mesurent le mouvement et la réponse du bras, les transmettant au système d’exploitation du robot. Les chercheurs peuvent simuler des défauts, des pannes techniques et des dangers pour voir comment le logiciel autonome du bras réagit face aux problèmes sans avoir besoin d’aide de la Terre.
De son côté, OceanWATERS fait la même chose, mais en réalité virtuelle et avec un atterrisseur complet basé sur une étude de conception datant de 2016, pas seulement un bras robotique. Une variété de modèles de terrain détaillés peuvent être sélectionnés pour la simulation, non seulement des variations de lunes glacées, mais aussi le désert d’Atacama au Chili, souvent utilisé comme substitut d’un environnement austère. Grâce à l’outil Generic Software Architecture for Prognostics (GSAP) d’OceanWATERS, la simulation peut modéliser la consommation d’énergie de la batterie : combien d’énergie est consommée par l’atterrisseur lorsqu’il effectue certaines actions et combien de vie reste dans la batterie.
OWLAT et OceanWATERS sont basés sur le même système d’exploitation robotique, qui est un logiciel autonome qui reçoit des données de télémétrie des capteurs du robot et émet des commandes en réponse. Grâce au système d’exploitation robotique, divers objectifs de mission peuvent être simulés et un logiciel de correction des défauts basé sur l’IA peut résoudre les problèmes lorsqu’ils surviennent. La reconnaissance et la prévention des défauts ont été une priorité dans les recherches récentes menées par six équipes, dont trois ont également impliqué OWLAT, dans le but de faire avancer le développement d’un logiciel qui pourrait être utilisé un jour sur un atterrisseur sur une lune océanique glacée. Par exemple, il a été possible d’améliorer le logiciel de prise de décision en le formant avec des techniques d’apprentissage par renforcement, de développer une planification automatisée que l’atterrisseur pourrait utiliser pour maximiser les recherches scientifiques en cas de coupure de communication avec la Terre, et d’écrire un logiciel capable de s’adapter de manière autonome si le terrain sur lequel il atterrit ou creuse ne correspond pas à ce qui était attendu, nécessitant une certaine adaptation.
L’exploration des lunes océaniques
Il existe un certain nombre de grandes lunes glacées dans le système solaire externe, et on pense que beaucoup d’entre elles contiennent des océans, il n’y a donc pas de pénurie de cibles pour une future mission d’atterrisseur. Actuellement, Europa et le satellite de Saturne, Encelade, sont les principales cibles, principalement en raison de leur potentiel à abriter la vie dans leurs océans. Cependant, la distance avec Saturne, qui se trouve à 1,4 milliard de kilomètres (870 millions de miles) du Soleil, complique davantage les communications. Néanmoins, l’Agence spatiale européenne (ESA) a réussi à faire atterrir sa sonde Huygens sur la lune Titan de Saturne en janvier 2005, il est donc possible d’atterrir sur ces lunes lointaines et froides. Le vaisseau spatial Europa Clipper de la NASA se dirige actuellement vers la lune jovienne du même nom, tandis que l’explorateur des lunes glacées de Jupiter de l’ESA (JUICE) se dirige également vers Europa pour effectuer deux survols, ainsi que pour étudier en profondeur les autres lunes galiléennes de Jupiter, Ganymède et Callisto, avant de finalement entrer en orbite autour de Ganymède.
Si ni Europa Clipper ni JUICE ne se poseront, leur exploration à haute résolution de ces lunes glacées donnera aux planificateurs de missions une bien meilleure idée de ce à quoi s’attendre lorsqu’ils lanceront une mission d’atterrisseur, ainsi que des meilleurs sites où chercher des preuves de vie dans ces océans extraterrestres. Lorsque ces missions auront enfin lieu, elles seront les engins spatiaux les plus intelligents jamais lancés, et leur intelligence robotique sera attribuable à un bras robotique dans un laboratoire, ainsi qu’à une simulation de réalité virtuelle.
