Curiosity-roboten fattar egna beslut på den röda planeten

Den amerikanska rymdstyrelsen Nasas robotbil Curiosity på Mars har framgångsrikt testat en smart mjukvara under det senaste året. Tekniken har en stor framtida potential i rymden.

I science fiction-sammanhang har artificiell intelligens ofta skildrats som något av en dröm eller mardröm.

Till exempel i Stanley Kubrick-filmen 2001: Ett rymdäventyr förekommer den smarta datorn Hal 9000 som övervakar det mesta.

En dag gör han något mycket mänskligt. Han försöker överta den rymdfarkost han befinner sig på, och motarbeta människorna där.

Men artificiell intelligens (AI) förekommer också på riktigt i rymden. Tidig AI-teknik testades redan i rymdsonden Deep Space One år 1998, och förekom i Mars-rovern Opportunity några år senare.

AI kan redan göra en hel del

På sistone har den här tekniken ändå blivit mer avancerad och mer nyttig för vetenskapen.

Rovern Curiosity har använt sig av AI-teknik på ett banbrytande sätt sedan maj månad i fjol.

– Det handlar om en mjukvara som ger rovern möjligheten att själv välja vilka stenar och vilken jordmån den ska analysera närmare, på basis av vad roverteamet är intresserat av, berättar Raymond Francis, ledande ingenjör på den amerikanska rymdstyrelsen Nasa, för Yle Nyheter.

Francis är också ansvarig för den här AI-funktionen som kallas AEGIS. Det står för Autonomous Exploration for Gathering Increased Science, eller fritt översatt Autonom upptäckt för att samla in mer forskningsdata.

Rovern skjuter ultrakorta laserpulser, till exempel 30 stycken på tio sekunder, med en effekt på dryga en miljon watt vardera.

Energin i de laserstrålar som skickas ut kan förånga en stens yta till ett lysande plasma. Curiosity kan sedan analysera ljuset och komma fram till vad stenen består av.

Rovern har lyckats välja och analysera just sådant material som roverteamet vill i 93 procent av fallen. Det framkommer i en vetenskaplig studie som publiceras i tidskriften Science Robotics den här veckan.

Totalt handlar det om cirka 90 mätningar under det senaste året, längs med en sträcka på cirka fyra kilometer. I de få fall Curiosity analyserade fel slags material så handlade det oftast om att det den var ute efter inte fanns i närheten.

– Vi utvecklade och testade mjukvaran noga och vi var mycket hoppfulla om att den skulle fungera väl. Men den har nog till och med överskridit våra förväntningar, kommenterar Francis.

Curiositys föregångare Opportunity, som fortfarande är aktiv på den röda planeten, har också en viss AI-funktionalitet - men med mycket mindre nytta för forskningen.

Opportunity kan själv välja åt vilket håll den fotograferar med sin färgkamera, men det handlar bara om bilder i vidvinkel, och inga närbilder.

Men tillbaka till Curiosity. Den drivs med en radioisotopgenerator och har en begränsad livstid. Energin räcker troligen i ytterligare nio år, men effekten tros börja avta redan om ett par år. Då behöver den ta längre tid på sig för att göra olika saker.

Mer effektivt uppdrag

När rovern arbetar mer självständigt får man alltså mer ut av dess uppdrag på den röda planeten. Mjukvaran har sparat Nasa-anställda flera dagars jobb, och har försett Curiosity med nyttiga uppdrag då den annars skulle stå stilla.

– Det går nämligen inte alltid att vara i kontakt med rovern härifrån jorden, till exempel på grund av hur planeterna rör sig, och det tar ofta tiotals minuter för rovern att reagera på ett manuellt kommando från jorden, på grund av det stora avståndet, förklarar Francis.

Dataförbindelserna är också mycket begränsade. Rovern kan kommunicera direkt med jorden med en hastighet på 32 kilobit per sekund.

Eller så kan den skicka data till jorden med en hastighet på två megabit per sekund via rymdsonden Mars Reconnaissance Orbiter som cirklar kring planeten. Sonden kan ändå användas för det här under endast åtta minuter per soldygn.

Curiositys semi-autonoma verksamhet innebär till exempel att stora delar av Nasas roverteam i Kalifornien kan vara ledigt på veckosluten. En hel del automatiskt insamlad forskningsdata från Mars väntar dem i början av varje arbetsvecka.

Dessutom kan rovern köra självständigt till en viss grad, så att den till exempel kan undvika att köra på hinder. En människa bestämmer vart Curiosity ska ta sig, och den hittar själv en lämplig rutt till den platsen.

– Det är viktigt får folk att inse att artificiell intelligens förbättrar våra möjligheter att utforska rymden, redan i dag, kommenterar Francis.

Nasas följande robotbil som skickas till Mars år 2020 kommer att använda en ännu mer avancerad form av artificiell intelligens, som ska kunna göra många olika slags mätningar. AI-tekniken är en förutsättning för att rovern ska lyckas med sitt ambitiösa uppdrag, med många mål på kort tid.

Andra stora möjligheter

Francis berättar att den grupp han jobbar med vid enheten Jet Propulsion Laboratory också har utvecklat AI-teknik för rymdsonder. Det finns många olika situationer då en rymdfarkost kan dra nytta av att fatta egna beslut.

– Framför allt handlar det om att reagera vid händelser som pågår bara under en kort tid - kortare tid än det tar för en radiosignal att färdas till jorden och tillbaka.

Till exempel kunde en sond agera på ett visst sätt för att minimera skadorna från en nära förestående krock i rymden.

Eller så kanske man vill att rymdsonden ska observera omgivningen bättre - till exempel om man passerar en komet och vill se när den plötsligt släpper ut gas.

– I ett sådant fall skulle sonden behöva upptäcka gasen, vända sina instrument mot den och mäta, helt på egen hand, påpekar Francis.

Mer artificiell intelligens och autonomi behövs också för att rymdsonder och rovrar effektivt ska kunna göra upptäckter ännu längre bort från jorden, till exempel på Jupiters måne Europa. Därifrån tar det ungefär en timme för radiosignaler att nå jorden.

Rymdfärder längre bort

Utmaningarna är ännu större när det handlar om att upptäcka andra solsystem.

De närmaste stjärnorna utanför vårt solsystem är belägna på knappt 4,4 ljusårs avstånd. En rymdfarkost som skulle bege sig dit kan inte utforska sin omgivning effektivt om den endast styrs på distans från jorden.

Å andra sidan skulle det ta en otroligt lång tid för en rymdfarkost att färdas så långt med nuvarande teknologi, så det här är nog inte något man behöver bekymra sig över i första taget.

Till exempel Voyager 2 som sändes upp år 1977 befinner sig nu i den interstellära rymden utanför vårt solsystem och är på väg mot stjärnan Sirius. Den beräknas anlända dit om 296 000 år.