Me kaikki tiedämme, kuinka mönkijän tutkimus toimii. Rover ohjataan paikkaan ja käsketään ottamaan näyte. Sitten se analysoi näytteen ja lähettää tulokset kotiin. Se on ollut hämmästyttävän tehokas.
Mutta kaiken tämän tiedon lähettäminen kotiin on kallista ja aikaa vievää. Toimiiko tämä tapa toimia edelleen? Vai voiko sen automatisoida?
Mars-lentojen pääpaino juuri nyt on havaita menneitä elämän merkkejä. Rover kerää näytteen, tekee siitä alustavan analyysin ja lähettää sitten tiedot kotiin. Ongelmana on kustannukset ja aika, joka kuluu kaiken tiedon lähettämiseen takaisin Maahan. Mitä jos roverit olisivat älykkäämpiä ja voisivat optimoida takaisin Maahan lähettämänsä tiedot? Voisivatko he sitten voittaa joitakin vakavia rajoituksia tietojen lähettämiselle takaisin Maahan?
'Meidän on priorisoitava takaisin Maahan lähettämämme datan määrä, mutta meidän on myös varmistettava, että tehdessämme niin emme heitä tärkeitä tietoja pois.'
Victoria Da Poian, johtava tutkija, NASA Goddard Space Flight Center.
Tämä on kysymys, jota tutkijapari käsittelee. He esittelivät tutkimustaan äskettäin Goldschmidtin konferenssi . Johtava tutkija on Victoria Da Poian NASAn Goddard Space Flight Centeristä. Da Poian ja hänen toinen tutkijansa Eric Lyness, myös GSFC:stä, ovat kehittäneet tekoälyjärjestelmän, joka debytoi ESA/Roscosmosissa. ExoMars Rover , joka laskeutuu Marsiin vuonna 2023.
Rosalind Franklin -mönkijä laskeutuu todennäköisesti Oxia Planumiin, lähellä Marsin päiväntasaajaa. Tällä alueella on tasainen laskeutumispaikka, ja siellä on myös potentiaalia säilyttää säilyneitä biosignatuureja. Kuvan tekijä: NASA – http://marsnext.jpl.nasa.gov/workshops/2014_05/14_Oxia_Thollot_webpage.pdf, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=44399454
'Tämä on visionäärinen askel avaruustutkimuksessa', Da Poian sanoi a Lehdistötiedote . 'Se tarkoittaa, että olemme ajan mittaan siirtyneet ajatuksesta, että ihmiset ovat mukana lähes kaikessa avaruudessa, ajatukseen, että tietokoneet on varustettu älykkäillä järjestelmillä, ja ne on koulutettu tekemään joitain päätöksiä ja pystyvät lähettämään etusijalla. mielenkiintoisin tai aikakriittisin tieto.'
Kysymys tehokkaasta tiedonsiirrosta on todellinen. Se on pullonkaula tehtävän suunnittelussa. Tiedoilla on hinta – tarkista matkapuhelinsuunnitelmasi – ja kun lähetämme tehtäviä yhä kauemmas aurinkokuntaan ja kun kulkijoistamme ja kiertoradoistamme tulee yhä enemmän tieteellisiä, kaiken tiedon siirtämisen hinta nousee.
'Mars-kulkijan tiedot voivat maksaa jopa 100 000 kertaa niin paljon kuin matkapuhelimesi tiedot, joten meidän on tehtävä niistä tieteellisesti mahdollisimman arvokkaita.' sanoi toinen tutkija Eric Lyness.
Mutta kuten Lyness huomauttaa, se ei ole vain kustannuksia. Nykyisten roverien kyvyttömyys pohtia, mitä he tekevät näytteillään, estää meitä tieteellisesti.
Mars Organic Molecule -analysaattori on Rosalind Franklin -mönkijän suurin instrumentti. Se jauhaa näytteet, lämmittää ne ja suorittaa massaspektrometrian ja kaasukromatografian molekyylien tunnistamiseksi. Uusi hermoverkko AI-järjestelmä testataan MOMA:n kanssa Marsissa. Kuvan luotto: Max Planck Institute for Solar System Research.
'Datan lähettäminen takaisin Maahan maksaa paljon aikaa ja rahaa, mikä tarkoittaa, että tutkijat eivät voi suorittaa niin montaa koetta tai analysoida niin montaa näytteitä kuin haluaisivat', Lyness sanoi. Lehdistötiedote . 'Käyttämällä tekoälyä tietojen alustavaan analyysiin sen keräämisen jälkeen, mutta ennen kuin ne lähetetään takaisin Maahan, NASA voi optimoida saamamme tiedot, mikä lisää suuresti avaruuslentojen tieteellistä arvoa.'
Tämä työ keskittyy yhteen ExoMars Roverin instrumenttiin. (Mönkijä on kastettu uudelleen nimellä Rosalind Franklin Rover , tiedemies Rosalind Franklinin kunniaksi, jonka työ oli ratkaisevan tärkeää DNA-ymmärryksemme kannalta.) Laite on MOMA, Marsin orgaanisten molekyylien analysaattori . MOMA on Rosalind Franklinin suurin instrumentti, ja mönkijä voi porautua Marsin pinnan alle kerätäkseen näytteitä orgaanisista molekyyleistä, joissa ne ovat turvassa auringon ja kosmisten säteiden aiheuttamalta hajoamiselta.
Mutta monet MOMAn näytteistä - ehkä suurin osa niistä - eivät sisällä kiinnostavia orgaanisia molekyylejä. Muut on testattava uudelleen. Uuden tekoälyn ideana on antaa nämä päätökset kulkijan tehtäväksi. Se vähentää siirrettävän tiedon määrää ja toivottavasti lisää MOMAn tehokkuutta.
”Näistä miehittämättömistä tehtävistä saamme dataa, paljon sitä; ja tiedon lähettäminen satojen miljoonien kilometrien päähän voi olla erittäin haastavaa eri ympäristöissä ja erittäin kallista; toisin sanoen kaistanleveys on rajallinen”, Da Poian selitti. 'Meidän on priorisoitava takaisin Maahan lähettämämme datan määrä, mutta meidän on myös varmistettava, että tehdessämme sitä emme heitä tärkeitä tietoja pois. Tämä on johtanut siihen, että olemme alkaneet kehittää älykkäitä algoritmeja, jotka voivat toistaiseksi auttaa tutkijoita näytteen analysoinnissa ja myöhempiä operaatioita koskevassa päätöksenteossa, ja pidemmän aikavälin tavoitteena on algoritmeja, jotka analysoivat itse datan. Säädä ja viritä instrumentit suorittamaan seuraavat toiminnot ilman maadoitusta ja lähettää kotiin vain mielenkiintoisimmat tiedot.'
Taiteilijan näkemys New Horizonsin läheisestä kohtaamisesta Pluto–Charon-järjestelmän kanssa. Tiedonsiirto oli operaation kannalta kriittinen kysymys. Sen ohilento Plutosta tapahtui 14. heinäkuuta 2015. Viimeiset tiedot kyseisestä kohtaamisesta saatiin Maahan vasta lokakuussa 2016. Vahva tekoäly hyödyttäisi aurinkokunnan ulkorajojen tehtäviä. Kiitokset: NASA/JHU APL/SwRI/Steve Gribben
Rosalind Franklin kommunikoi maan kanssa Trace Gas Orbiter (TGO). TGO kuitenkin kulkee pään yläpuolella vain kahdesti päivässä, joten maaohjaimet eivät voi suoraan ohjata roveria. Sen sijaan se on suunniteltu navigoimaan itsenäisesti Marsin pinnalla, jopa 70 metriä (230 jalkaa) Marsin päivässä. Älykkäät järjestelmät näyteanalyysiin lisäävät mönkijän ja toivottavasti myös tulevien rovereiden autonomista kykyä. Rosalind Franklinin osalta suurin osa näytetiedoista lähetetään edelleen takaisin Maahan, mutta tulevien rovereiden osalta tilanne saattaa muuttua.
Tiimi testasi itsenäistä järjestelmäänsä MOMA-laitteen replikalla laboratoriossa. Testaus antoi heille mahdollisuuden 'kouluttaa' hermoverkkoalgoritmia tunnistamaan tuttuja yhdisteitä. Järjestelmä vertaa sitten äskettäin otettuja näytteitä tunnettujen näytteiden luetteloonsa ja varoittaa tutkijoita, kun se löytää vastaavuuden.
Kun MOMA kohtaa tuntemattoman yhdisteen spektrin, se voi luokitella sen jopa 94 %:n tarkkuudella. Ja se voi vastata aiemmin tunnettuja yhdisteitä 87% tarkkuudella. Mahdolliset tiedon- ja ajansäästöt ovat siis jo huomattavia. Ja tutkijat eivät ole valmiita: he parantavat edelleen sen tarkkuutta valmistautuessaan vuoden 2023 julkaisupäivään.
'Tehtävällä on ankarat aikarajoitukset.'
Eric Lyness, tutkija, NASA GSFC
Olemme tottuneet siihen, että rover-tehtävät kestävät huomattavasti alkuperäisen tehtävänsä pituuden. Esimerkiksi NASAn Opportunity-mönkijä suunniteltiin kestämään 90 solkia Marsissa, mutta se kesti 5 352 solia. Ja MSL Curiosityn ensisijainen tehtävä oli suunniteltu 668 solille, mutta se on työskennellyt yli 2 800 solilla ja jatkuu edelleen vahvana.
Mutta ei ole viisasta olettaa, että Rosalind Franklin -mönkijä ylittää tehtävänsä pituuden niin paljon. Sen tehtävä perustuu 4 kilometrin (2,5 mailin) matkustamiseen seitsemässä kuukaudessa. Kuinka kauan tehtävä todella kestää, on epäselvää.
ESA Exomars-mönkijän lanseeraus on määrätty uudelleen vuonna 2023. Luotto:ESA
”Tehtävällä on tiukat aikarajoitukset. Kun toimimme Marsissa, näytteet pysyvät mönkijässä korkeintaan muutaman viikon ajan, ennen kuin kulkija kaataa näytteen ja siirtyy uuteen paikkaan poraamaan', Lyness sanoi. 'Jos meidän on testattava näyte uudelleen, meidän on tehtävä se nopeasti, joskus 24 tunnin sisällä.'
'Tulevaisuudessa, kun siirrymme tutkimaan Jupiterin, kuten Europan, ja Saturnuksen, kuten Enceladus ja Titan, kuita, tarvitsemme reaaliaikaisia päätöksiä paikan päällä.'
ERic Lyness, tutkija, NASA GSFC
Kun Rosalind Franklin porautuu pinnan alle ja kerää näytteen, se asettaa sen Analytical Laboratory Drawer (ALD) -laatikkoon. Näytteet analysoidaan sitten MOMAlla ja kahdella muulla instrumentilla: infrapunaspektrometrillä MicroOmega , ja a raman-spektrometri nimeltään Raman-laserspektrometri ( RLS ). Kuten Lyness huomauttaa, näytteitä ei voida säilyttää roverissa pitkään. Ja tämä aikapaine on vain ankarampi kulkijoille, jotka tutkivat paikkoja, kuten Saturnuksen kuu Titan, NASAn Dragonfly-tehtävän kohde vuonna 2026.
Tässä kuvassa Dragonfly-helikopteridroni laskeutuu Titanin pinnalle. Tämä tehtävä kohtaa vielä vakavampia tiedonsiirtoongelmia kuin Mars-kulkijat. Kuva: NASA
'Tulevaisuudessa, kun siirrymme tutkimaan Jupiterin, kuten Europan, ja Saturnuksen, kuten Enceladus ja Titan, kuita, tarvitsemme reaaliaikaisia päätöksiä paikan päällä', Lyness sanoi. 'Näillä kuuilla voi kestää 5-7 tuntia ennen kuin maapallon signaali saavuttaa instrumentit, joten tämä ei ole kuin dronin ohjaamista välittömällä vasteella. Meidän on annettava instrumenteille autonomia tehdä nopeita päätöksiä saavuttaaksemme tieteelliset tavoitteemme puolestamme.
'Tarvitsemme edelleen ihmisiä tulkitsemaan löydöksiä, mutta ensimmäinen suodatin on tekoälyjärjestelmä.'
Eric Lyness, tutkija, NASA GSFC
Rosalind Franklinin näytteiden tiedot perustuvat kaikki todennäköisyyksiin. Tietoja voi olla vaikea tulkita: ei ole punaista valoa, joka vilkkuu ja sanoo 'Todisteita elämästä löydetty!' Tiedot ja sen todennäköisyydet on tulkittava mieluiten tiedeyhteisön eri tutkijoiden toimesta, jotka sitten julkaisevat tulokset.
'Nämä tulokset kertovat meille suurelta osin instrumenttien löytämästä geokemiasta.' sanoi Lyness. 'Tavoitteenamme on, että järjestelmä antaa tietäjille ohjeita, esimerkiksi järjestelmämme saattaa sanoa: 'Minulla on 91% luottamus siihen, että tämä näyte vastaa todellista näytettä ja olen 87% varma, että se on fosfolipidejä, samanlainen kuin näyte testattiin 24. heinäkuuta 2018, ja tältä tiedot näyttivät.' Tarvitsemme edelleen ihmisiä tulkitsemaan löydöksiä, mutta ensimmäinen suodatin on tekoälyjärjestelmä.'
Tämän kaltaisista järjestelmistä tulee vain kehittyneempiä. Tällaisissa järjestelmissä on joitain mahdollisia sudenkuoppia, mutta niiden potentiaali avaruusjärjestöille on liian houkuttelevaa sivuuttaakseen. Siihen mennessä, kun järjestelmä on kenttätestattu Marsissa ja sitten otettu käyttöön NASAn Dragonfly-tehtävässä Titanille, kuka tietää kuinka tehokas ja kykenevä se on.