Ingenieure im Jet Propulsion Laboratory der NASA bringen künstliche Intelligenz auf die nächste Stufe – indem sie sie als Roboterschlange getarnt in den Weltraum schicken.
Während die Sonne auf den Mars Yard des JPL brennt, hebt der Roboter seinen „Kopf“ von einer glänzenden Oberfläche aus Kunsteis, um die Welt um ihn herum abzusuchen. Es kartiert seine Umgebung, analysiert potenzielle Hindernisse und wählt den sichersten Weg durch ein Tal aus falschen Felsbrocken zum Ziel, das es erreichen soll.
EELS hebt seine Kopfeinheit, um seine Umgebung zu scannen.
(Brian van der Brug / Los Angeles Times)
Sobald er einen Plan hat, senkt der 14 Fuß lange Roboter seinen Kopf, aktiviert seine 48 Motoren und gleitet langsam vorwärts. Seine vorsichtigen Bewegungen werden durch die Drehungen der Spiralverbindungen im oder gegen den Uhrzeigersinn angetrieben, die seine 10 Körpersegmente verbinden und den Cyborg in eine bestimmte Richtung schicken. Während der gesamten Zeit bewerten Sensoren am gesamten Körper die Umgebung neu, sodass der Roboter bei Bedarf Anpassungen vornehmen kann.
JPL-Ingenieure haben Raumschiffe entwickelt, die entfernte Planeten umkreisen, und Rover gebaut, die um den Mars rumpeln, als würden sie ins Büro pendeln. Aber EELS – die Abkürzung für Exobiology Extant Life Surveyor – ist darauf ausgelegt, Orte zu erreichen, die noch nie zuvor für Menschen oder Roboter zugänglich waren.
Die Lavaröhren auf dem Mond? EELS könnte die unterirdischen Tunnel erkunden, die künftigen Astronauten Schutz bieten könnten.
Die polaren Eiskappen auf dem Mars? EELS wäre in der Lage, sie zu erforschen und Instrumente einzusetzen, um chemische und strukturelle Informationen über das gefrorene Kohlendioxid zu sammeln.
Der flüssige Ozean unter der gefrorenen Oberfläche von Enceladus? EELS könnte sich seinen Weg dorthin bahnen und nach Beweisen dafür suchen, dass der Saturnmond lebensfreundlich sein könnte.
„Sie sprechen von einem Schlangenroboter, der Oberflächenüberquerungen auf Eis durchführen, durch Löcher gehen und unter Wasser schwimmen kann – ein Roboter, der alle drei Welten erobern kann“, Rohan Thakker, Robotiktechnologe am JPL. „Das hat noch niemand gemacht.“
Und wenn alles nach Plan läuft, wird der mit Zuschüssen von Caltech entwickelte gleitende Weltraumforscher all diese Dinge autonom erledigen, ohne auf detaillierte Befehle von Mitarbeitern im NASA-Labor in La Cañada Flintridge warten zu müssen. Auch wenn EELS noch Jahre von seinem ersten offiziellen Einsatz entfernt ist, lernt es bereits, seine Entscheidungsfähigkeiten zu verbessern, damit es selbst in gefährlichem Gelände selbstständig navigieren kann.
Hiro Ono, Leiter der Robotic Surface Mobility Group des JPL, begann vor sieben Jahren mit einer anderen Vision zur Erforschung von Enceladus und einem anderen Wassermond im Orbit um Jupiter namens Europa. Er stellte sich ein dreiteiliges System vor, bestehend aus einem Oberflächenmodul, das Strom erzeugte und mit der Erde kommunizierte; ein Abstiegsmodul, das sich seinen Weg durch die Eiskruste eines Mondes bahnte; und ein autonomes Unterwasserfahrzeug, das den unterirdischen Ozean erkundete.
EELS ersetzt all das.
EELS verfügt über spiralförmige Laufflächen für Traktion und mehrere Körpersegmente für Flexibilität. Sein Design ermöglicht es ihm, sich aus jedem schwierigen Gelände herauszuwinden.
(Brian van der Brug / Los Angeles Times)
Dank seiner schlangenförmigen Anatomie kann sich dieser neue Weltraumforscher in einer geraden Linie vorwärts und rückwärts bewegen, wie eine Schlange gleiten, seinen gesamten Körper wie einen Scheibenwischer bewegen, sich zu einem Kreis zusammenrollen und Kopf und Schwanz anheben. Das Ergebnis ist ein Roboter, dem tiefe Krater, eisiges Gelände oder kleine Räume nicht im Weg stehen.
„Die interessanteste Wissenschaft befindet sich manchmal an schwer zugänglichen Orten“ sagte Matt Robinson, der Projektmanager für EELS. Rover haben mit steilen Hängen und unregelmäßigen Oberflächen zu kämpfen. Aber ein schlangenähnlicher Roboter wäre in der Lage, Orte wie eine unterirdische Mondhöhle oder die nahezu senkrechte Wand eines Kraters zu erreichen, sagte er.
Je weiter ein Raumschiff entfernt ist, desto länger dauert es, bis menschliche Befehle es erreichen. Die Rover auf dem Mars werden am JPL von Menschen ferngesteuert, und je nach den relativen Positionen von Erde und Mars kann es fünf bis 20 Minuten dauern, bis Nachrichten zwischen ihnen übertragen werden.
Enceladus hingegen kann zwischen 746 Millionen und mehr als 1 Milliarde Meilen von der Erde entfernt sein. Eine Funkübertragung von dort draußen würde mindestens eine Stunde dauern, vielleicht sogar eineinhalb Stunden. Wenn EELS in Gefahr geriet und menschliche Hilfe brauchte, um daraus herauszukommen, könnte sein Schicksal besiegelt sein, wenn der SOS eine Antwort erhielt.
„Die meisten Leute sind frustriert, wenn ihr Videospiel eine Verzögerung von ein paar Sekunden hat“, sagte Robinson. „Stellen Sie sich vor, Sie steuern ein Raumschiff, das sich in einem gefährlichen Bereich befindet und eine Verzögerung von 50 Minuten hat.“
Aus diesem Grund lernt EELS, seine eigenen Entscheidungen über den Weg von Punkt A nach Punkt B zu treffen.
EELS-Autonomieleiter Rohan Thakker, zweiter von links, berät sich mit Ingenieuren, während sie den Roboter auf Herz und Nieren testen.
(Brian van der Brug / Los Angeles Times)
Ein Computerbildschirm zeigt die tatsächliche Position von EELS im Vergleich zur programmierten Position.
(Brian van der Brug / Los Angeles Times)
Dem Roboter beizubringen, seine Umgebung einzuschätzen und schnell Entscheidungen zu treffen, ist ein mehrstufiger Prozess.
Erstens wird EELS beigebracht, sicher zu sein. Mit Hilfe einer Software, die die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen berechnet – etwa einem Zusammenstoß mit etwas oder einem Hängenbleiben – lernt EELS, potenziell gefährliche Situationen zu erkennen. Es geht zum Beispiel darum, herauszufinden, dass, wenn etwas wie Nebel seine Fähigkeit, die Welt um sich herum abzubilden, beeinträchtigt, es mit vorsichtigerem Vorgehen reagieren sollte, sagte Thakker, der Autonomieleiter des Projekts.
Es verlässt sich auch auf seine Vielzahl an eingebauten Sensoren. Einige können eine Änderung seiner Ausrichtung in Bezug auf die Schwerkraft erkennen – das Roboter-Äquivalent zum Gefühl, als würde man fallen. Andere messen die Stabilität des Bodens und können erkennen, ob sich hartes Eis plötzlich in lockeren Schnee verwandelt, sodass sich EELS auf eine besser befahrbare Oberfläche manövrieren kann, sagte Thakker.
Darüber hinaus ist EELS in der Lage, vergangene Erfahrungen in seinen Entscheidungsprozess einzubeziehen – mit anderen Worten: es lernt. Dies geschieht jedoch etwas anders als bei einem typischen Roboter mit künstlicher Intelligenz.
Wenn ein KI-Roboter beispielsweise eine Wasserpfütze entdeckt, kann er dies ein wenig untersuchen, bevor er hineinspringt. Wenn er das nächste Mal auf eine Pfütze stößt, erkennt er sie, merkt sich, dass sie sicher ist, und springt hinein.
Aber das könnte in einem dynamischen Umfeld tödlich sein. Dank der zusätzlichen Programmierung von EELS wäre es in der Lage, die Pfütze jedes Mal zu bewerten – nur weil sie einmal sicher war, heißt das noch lange nicht, dass sie wieder sicher ist.
Im Mars Yard, einem halb Hektar großen felsigen Sandkasten, der zum Testen von Rovers verwendet wird, weisen Thakker und das Team EELS ein bestimmtes Ziel zu. Dann ist es die Aufgabe des Roboters, mithilfe seiner Sensoren die Welt um sich herum zu scannen und den besten Weg nach vorne zu finden, sei es direkt im Dreck oder auf weißen Matten, die Eis nachahmen.
JPL-Ingenieure testeten EELS auf glänzenden Matten, die als Ersatz für Eis dienten.
(Brian van der Brug / Los Angeles Times)
Es ähnelt der Navigation eines selbstfahrenden Autos, außer dass es keine Stoppschilder oder Geschwindigkeitsbegrenzungen gibt, die EELS bei der Entwicklung seiner Strategie helfen könnten, sagte Thakker.
EELS wurde auch auf einer Eisbahn, auf einem Gletscher und im Schnee getestet. Mit seinen spiralförmigen Profilen für Traktion und mehreren Karosseriesegmenten für Flexibilität kann er sich selbst aus jedem schwierigen Gelände herauswinden.
Die Maschinenbauingenieurin Sarah Yaericks hält den Notstopp, während EELS Hindernisse im Mars Yard am JPL umgeht.
(Brian van der Brug / Los Angeles Times)
Der Roboter ist nicht der Einzige, der lernt. Während seine menschlichen Betreuer den Fortschritt von EELS überwachen, passen sie seine Software an, um ihm zu helfen, seine Umgebung besser einzuschätzen, sagte Robinson.
„Es ist keine Gleichung, die man einfach lösen kann“, sagte Ono. „Es kann oft eher eine Kunst als eine Wissenschaft sein. … Vieles kommt aus Erfahrung.“
Das Ziel besteht darin, dass EELS genug Erfahrung sammelt, um in jeder Art von Umgebung selbstständig eingesetzt zu werden.
„Wir sind noch nicht am Ziel“, sagte Ono. Aber die jüngsten Fortschritte von EELS bedeuten „einen kleinen Schritt für den Roboter und einen großen Schritt für die Menschheit“.
