Instrument PIXL wykorzystuje sztuczną inteligencję do badania próbek na Marsie
Naukowcy marzą o eksploracji planet za pomocą statków kosmicznych wyposażonych w sztuczną inteligencję, które dokładnie wiedzą, jakich danych szukać, gdzie je znaleźć i jak je analizować. Pierwszym krokiem w tę stronę jest instrument PIXL, marsjańskiego łazika Perseverance, który wykorzystuje AI do badania próbek.
Od prawie trzech lat naukowcy z NASA testują formę sztucznej inteligencji, która wyszukuje minerały w skałach Czerwonej Planety. To pierwszy raz, kiedy AI została wykorzystana na Marsie do podejmowania autonomicznych decyzji w oparciu o analizę składu materiału w czasie rzeczywistym.
Oprogramowanie obsługuje PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry), spektrometr opracowany przez Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA w Południowej Kalifornii. Mapując skład chemiczny minerałów na powierzchni, urządzenie pozwala badaczom określić, czy skała powstała w warunkach, które mogły sprzyjać życiu drobnoustrojów w starożytnej przeszłości Marsa.
Oprogramowanie, zwane „adaptacyjnym pobieraniem próbek”, automatycznie pozycjonuje instrument w pobliżu celu badawczego, a następnie przegląda skany PIXL celu znalezienia minerałów wartych dokładniejszej analizy. Wszystko to odbywa się w czasie rzeczywistym, bez konieczności komunikowania się łazika z kontrolerami misji na Ziemi.
Dane z instrumentów Perseverance, w tym PIXL, pomagają naukowcom określić, kiedy należy wywiercić rdzeń skały i zamknąć go w tytanowej tubie, aby wraz z innymi próbkami mógł zostać przetransportowany na Ziemię w celu dalszych badań w ramach kampanii NASA Mars Sample Return.
Adaptacyjne pobieranie próbek nie jest jedynym zastosowaniem sztucznej inteligencji na Marsie. Około 3300 kilometrów od Perseverance znajduje się Curiosity NASA, który był pionierem w dziedzinie sztucznej inteligencji, która pozwala łazikowi na autonomiczne naświetlanie skał laserem na podstawie ich kształtu i koloru.
Badanie gazu, który spala się po każdym uderzeniu lasera, ujawnia skład chemiczny skały. Perseverance posiada tę samą zdolność, a także bardziej zaawansowaną formę sztucznej inteligencji, która umożliwia mu nawigację bez określonego kierunku z Ziemi. Oba łaziki nadal polegają na dziesiątkach inżynierów i naukowców, którzy planują codzienny zestaw setek indywidualnych poleceń, ale cyfrowe rozwiązania pomagają obu misjom zrobić więcej w krótszym czasie.
„Ideą adaptacyjnego próbkowania PIXL jest pomoc naukowcom w znalezieniu igły w stogu siana i oszczędzanie ich czasu i energii, aby mogli skupić się na innych rzeczach. Ostatecznie pomaga nam to szybciej gromadzić najlepsze dane naukowe” – mówi Peter Lawson z JPL.
Sztuczna inteligencja wspomaga PIXL na dwa sposoby. Pierwszym z nich jest ustawienie instrumentu we właściwej pozycji, gdy znajdzie się on w pobliżu celu skalnego. Umieszczony na końcu ramienia robota Perseverance, spektrometr znajduje się na sześciu małych nogach, zwanych heksapodami. Kamera PIXL wielokrotnie sprawdza odległość między instrumentem a próbką, aby pomóc w pozycjonowaniu.
Wahania temperatury na Marsie są na tyle duże, że ramię Perseverance rozszerza się lub kurczy w mikroskopijnym stopniu, co może zakłócić celowanie PIXL. Heksapod automatycznie dostosowuje instrument, aby zbliżyć go wyjątkowo blisko bez kontaktu ze skałą.
Gdy PIXL jest już na miejscu, inny system sztucznej inteligencji skanuje obszar skały wielkości znaczka pocztowego, wystrzeliwując wiązkę promieniowania rentgenowskiego tysiące razy, aby utworzyć siatkę mikroskopijnych kropek. Każda kropka ujawnia informacje o składzie chemicznym obecnych minerałów.
Minerały, jak podkreślają naukowcy z NASA, mają kluczowe znaczenie dla odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące Marsa. W zależności od rodzaju skały, astronomowie mogą znaleźć np. węglany, które ukrywają wskazówki na temat tego, jak woda mogła uformować skałę, lub mogą szukać fosforanów, które mogły dostarczyć składników odżywczych dla mikrobów, jeśli jakiekolwiek były obecne w marsjańskiej przeszłości.
Naukowcy nie są w stanie przewidzieć z wyprzedzeniem, który z setek impulsów rentgenowskich wykryje konkretny minerał, ale gdy instrument znajdzie określone minerały, może automatycznie zatrzymać się, aby zebrać więcej danych – działanie to nazywa się „długim przebywaniem”. W miarę doskonalenia systemu poprzez uczenie maszynowe, lista minerałów, na których PIXL może się skupić z rośnie.
„PIXL jest czymś w rodzaju szwajcarskiego scyzoryka, ponieważ można go skonfigurować w zależności od tego, czego naukowcy szukają w danym momencie. Mars jest świetnym miejscem do testowania sztucznej inteligencji, ponieważ mamy regularną komunikację każdego dnia, co daje nam szansę na wprowadzanie poprawek na bieżąco” – podsumowuje David Thompson z JPL.
Emil Gołoś
