Roboți autonomi coborâți în tuneluri de lavă pregătesc premisele unor baze pe Lună și Marte

Sursa foto: Sciencedaily

O echipă europeană de cercetare a proiectat și testat un concept de misiune în care trei tipuri diferite de roboți colaborează autonom pentru a explora tuneluri de lavă, structuri subterane considerate candidatul principal pentru adăposturi viitoare pe Lună și Marte. Soluția, validată în peșterile vulcanice din Lanzarote, urmărește să identifice, cartografieze și să investigheze interiorul acestor goluri naturale, oferind o alternativă la construcțiile expuse la radiații și impacturi meteoritice.

De ce tunelurile de lavă sunt atât de importante

Tunelurile de lavă sau lava tubes sunt formate în urma erupțiilor vulcanice, când suprafața lavei se răcește și se solidifică, în timp ce sub aceasta curge în continuare material fluid, lăsând în urmă galerii subterane. Aceste structuri pot oferi protecție naturală împotriva radiațiilor cosmice și a resturilor spațiale care lovesc suprafața, două dintre principalele amenințări la adresa oricărei instalații umane aflate pe Lună sau Marte. În plus, mediul subteran poate oferi temperaturi mai stabile și un grad de izolare față de condițiile ostile de la suprafață.

Patru faze ale explorării autonome

Conceptul de misiune dezvoltat de consorțiul european urmărește patru etape bine definite, menite să minimizeze riscurile și să maximizeze informațiile colectate de la început până la cartografierea detaliată a interiorului tunelului:

• Mai întâi, roboții cartografiază în mod cooperativ zona din jurul intrării în tunelul de lavă (faza 1).
• Apoi, un cub senzorizat cu sarcină utilă este plasat în peșteră pentru a colecta măsurători inițiale (faza 2).
• Un rover de recunoaștere coboară apoi în rapel prin intrare pentru a ajunge în interior (faza 3).
• În etapa finală, echipa robotică explorează tunelul în profunzime și produce hărți 3D detaliate ale interiorului său (faza 4).

Aceste etape au fost concepute pentru a permite echipelor robotice să opereze cu un grad ridicat de autonomie într-un mediu în care comunicarea cu operatorii de la distanță poate fi întârziată sau limitată. Prima fază se concentrează pe evaluarea sigură a zonei exterioare și identificarea celor mai bune puncte de acces. A doua etapă introduce în cavitate un modul cu senzori care poate oferi date preliminare despre condițiile interne. A treia etapă folosește un rover de tip scout, care coboară controlat (rappel) în interior pentru a activa și verifica posibilitățile de deplasare. În ultima fază, întregul echipaj robotic continuă explorarea în profunzime și generează hărți tridimensionale detaliate, esențiale pentru orice plan de stabilire a unei baze.

Testarea pe teren: Lanzarote ca poligon natural

O testare pe teren, desfășurată în februarie 2023 în peșterile vulcanice de pe insula Lanzarote (Spania), a demonstrat funcționalitatea conceptului. Evaluarea practică a pus în lumină capacitățile tehnice ale sistemului și a confirmat că ideea de a folosi echipe robotice colaborative pentru explorarea tunelurilor de lavă poate funcționa în condiții reale, asemănătoare celor pe care le-ar întâlni o misiune pe Lună sau Marte.

Trialul a fost condus de un consorțiu dominat de German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI) și a beneficiat de contribuțiile laboratorului Space Robotics de la University of Malaga și ale companiei spaniole GMV. Exercițiul a servit atât ca dovadă de concept, cât și ca oportunitate de testare a interoperabilității între platforme robotice diferite, a senzorilor utilizați și a algoritmilor de navigație autonomă.

Pregătiri pentru Lună și Marte

Rezultatele testelor au confirmat fezabilitatea tehnică a conceptului și au subliniat rolul pe care sistemele robotice colaborative le pot juca în misiunile viitoare de explorare planetară. Demonstrația arată că un grup de roboți autonomi poate identifica și evalua intrările în tunelurile de lavă, poate colecta date inițiale despre mediul interior, apoi trimite un vehicul de recunoaștere pentru a explora în siguranță și, în cele din urmă, poate produce hărți 3D detaliate ale spațiilor subterane.

O astfel de abordare reduce expunerea oamenilor la riscuri și oferă date esențiale pentru a decide dacă o cavitate subterană poate fi transformată în adăpost sau într-o bază. În practică, aceste informații pot influența decizii privind amplasarea facilităților, necesitatea dezinfectării, proceduri de ancorare și securizare, precum și planuri logistice pentru aprovizionare și evacuare.

Laboratorul de Robotică Spațială al UMA: misiune și contribuții

Space Robotics Laboratory de la University of Malaga (UMA) își concentrează eforturile pe dezvoltarea metodelor și tehnologiilor care cresc autonomia în robotică spațială, atât pentru misiuni planetare, cât și orbitale. Laboratorul a lucrat în ultimii ani împreună cu Agenția Spațială Europeană (ESA) pentru a dezvolta algoritmi care permit vehiculelor planetare (rovers) să planifice rute și să opereze cu mai multă independență față de controlul uman direct.

Pe lângă cercetare, UMA este implicată activ în formarea viitoarei generații de ingineri în robotică spațială. Studenții Școlii de Inginerie Industrială participă la stagii și proiecte de diplomă legate de aceste eforturi, consolidând tranziția dintre teorie și practică. Proiectele sunt desfășurate frecvent în parteneriat cu instituții de cercetare naționale și internaționale, prin eforturi comune de cercetare sau prin acorduri de transfer tehnologic cu companii și organizații de cercetare.

Implicarea consorțiului și contribuțiile tehnice

Inițiativa face parte dintr-un consorțiu european în care fiecare participant aduce competențe specifice: coordonarea științifică și tehnică, dezvoltarea platformelor robotice, integrarea senzorilor, proiectarea algoritmilor de autonomie și evaluarea pe teren. German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI) a condus activitatea, iar aporturile esențiale ale University of Malaga și ale companiei GMV au facilitat testele practice și validarea conceptului într-un mediu geologic comparabil cu cel pe care misiunile lunare sau marțiene le-ar putea întâlni.

Testul din Lanzarote a relevat capacitatea echipelor robotice de a coopera pentru a realiza sarcini complexe: cartografierea zonei de intrare, plasarea unui modul senzorial pentru măsurători preliminare, coborârea controlată a unui rover de recunoaștere și cartografierea tridimensională internă. Demonstrația a confirmat, de asemenea, că astfel de sisteme pot fi proiectate pentru a opera autonom, limitând dependența de intervenția umană imediată.

Aspecte tehnologice cheie

Printre elementele tehnologice esențiale se numără algoritmii de navigație autonomă și de planificare a rutei, sistemele de senzori capabile să furnizeze măsurători inițiale în condiții de iluminare reduse sau întuneric total, platformele mecanice rezistente la teren accidentat și capacitatea de a genera hărți 3D detaliate, utile pentru evaluarea structurii interne a tunelurilor. Dezvoltarea acestor componente a fost facilitată prin colaborarea între universități, institute de cercetare și industrie.

Publicație științifică și recunoaștere academică

Lucrările care descriu conceptul și testele efectuate au fost publicate în revista Science Robotics. Referința științifică citată include lista autorilor care au contribuit la studiul cooperativ: Raúl Domínguez, Carlos Pérez-del-Pulgar, Gonzalo J. Paz-Delgado, Fabio Polisano, Jonathan Babel, Thierry Germa, Iulia Dragomir, Valérie Ciarletti, Anne-Claire Berthet, Leon Cedric Danter, Frank Kirchner. Articolul apare în volumul 10 (numărul 105) al revistei, iar DOI-ul asociat este 10.1126/scirobotics.adj9699.

Această publicație asigură o vizibilitate științifică importantă pentru conceptul propus și deschide calea pentru cercetări ulterioare în domeniul roboticii autonome aplicate la explorarea subterană a corpurilor planetare.

Posibilități de dezvoltare și pași următori

Confirmarea fezabilității tehnice reprezintă doar o etapă într-un proces mai amplu. În continuare, dezvoltatorii vor lucra pentru a perfecționa interoperabilitatea platformelor, pentru a îmbunătăți reziliența sistemelor la condiții extreme și pentru a integra tehnologii suplimentare care să extindă capacitățile de detectare și cartografiere. Totodată, sunt necesare teste suplimentare în medii analogice variate pentru a cuprinde gama largă de condiții geologice pe care le pot prezenta Lună și Marte.

Pe plan operațional, integrarea acestor sisteme în misiuni reale va presupune adaptări pentru cerințele de lansare, interoperabilitatea cu infrastructurile aflate la suprafață și compatibilitatea cu protocoalele de siguranță și control al misiunilor spațiale. Colaborarea continuă cu agenții precum ESA va rămâne esențială în această fază de maturizare tehnologică.

Rol educațional și impact asupra formării inginerilor

Activitățile laboratorului de la UMA subliniază și dimensiunea educațională a proiectelor spațiale: implicarea studenților în stagii, proiecte de diplomă și activități de cercetare aplicată contribuie la pregătirea unei forțe de muncă capabile să susțină viitoarele misiuni. Astfel de programe asigură transferul de know‑how între mediul academic și industrie, consolidând lanțul de competențe necesar dezvoltării sistemelor robotice autonome.

Prin combinarea expertizei academice, a resurselor instituționale și a parteneriatelor cu industrie, proiectele de acest tip pot accelera progresul tehnologic necesar pentru a transforma ideea de baze subterane pe Lună și Marte dintr-o simplă perspectivă teoretică într-o realitate operațională viabilă.

Articolul științific complet și detaliile tehnice pot fi consultate în referința publicată: 10.1126/scirobotics.adj9699. De asemenea, informarea generală despre anunțul publicat poate fi găsită la Robots descend into lava tubes to prepare for future Moon bases.