Veja como a IA está mudando a ciência do Mars Rover da NASA
A inteligência artificial (IA) está ajudando cientistas a identificar minerais dentro de rochas estudadas pelo rover Perseverance.
Alguns cientistas sonham em explorar planetas com naves espaciais “inteligentes” que saibam exatamente quais dados procurar, onde encontrá-los e como analisá-los. Embora tornar esse sonho realidade leve tempo, os avanços feitos com o Perseverance Mars rover da NASA oferecem passos promissores nessa direção.
Por quase três anos, a missão do rover vem testando uma forma de inteligência artificial que busca minerais nas rochas do Planeta Vermelho. Esta é a primeira vez que a IA foi usada em Marte para tomar decisões autônomas com base na análise em tempo real da composição das rochas.
O software suporta PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry), um espectrômetro desenvolvido pelo Jet Propulsion Laboratory da NASA no sul da Califórnia. Ao mapear a composição química de minerais na superfície de uma rocha, o PIXL permite que cientistas determinem se a rocha se formou em condições que poderiam ter sido favoráveis à vida microbiana no passado antigo de Marte.
Chamado de “amostragem adaptativa”, o software posiciona autonomamente o instrumento perto de um alvo rochoso, então olha para as varreduras do PIXL do alvo para encontrar minerais que valem a pena examinar mais profundamente. Tudo é feito em tempo real, sem que o rover fale com os controladores da missão na Terra.
“Usamos a IA do PIXL para nos concentrarmos na ciência-chave”, disse a principal pesquisadora do instrumento, Abigail Allwood do JPL. “Sem ela, você veria uma dica de algo interessante nos dados e então precisaria escanear novamente a rocha para estudá-la mais. Isso permite que o PIXL chegue a uma conclusão sem que humanos examinem os dados.”
Dados dos instrumentos do Perseverance, incluindo o PIXL, ajudam os cientistas a determinar quando perfurar um núcleo de rocha e selá-lo em um tubo de metal de titânio para que ele, junto com outras amostras de alta prioridade , possa ser trazido à Terra para estudos mais aprofundados como parte da campanha de Retorno de Amostras de Marte da NASA .
Amostragem adaptativa não é a única aplicação de IA em Marte. A cerca de 2.300 milhas (3.700 quilômetros) do Perseverance está o Curiosity da NASA, que foi pioneiro em uma forma de IA que permite ao rover atingir rochas autonomamente com um laser com base em seu formato e cor. Estudar o gás que queima após cada disparo a laser revela a composição química de uma rocha. O Perseverance apresenta essa mesma capacidade, bem como uma forma mais avançada de IA que permite que ele navegue sem direção específica da Terra. Ambos os rovers ainda dependem de dezenas de engenheiros e cientistas para planejar o conjunto de centenas de comandos individuais de cada dia, mas essa inteligência digital ajuda ambas as missões a fazer mais em menos tempo.
“A ideia por trás da amostragem adaptativa do PIXL é ajudar os cientistas a encontrar a agulha em um palheiro de dados, liberando tempo e energia para que eles se concentrem em outras coisas”, disse Peter Lawson, que liderou a implementação da amostragem adaptativa antes de se aposentar do JPL. “No final das contas, isso nos ajuda a reunir a melhor ciência mais rapidamente.”
Usando IA para posicionar PIXL
A IA auxilia o PIXL de duas maneiras. Primeiro, ele posiciona o instrumento corretamente quando ele está próximo de um alvo rochoso. Localizado na extremidade do braço robótico do Perseverance, o espectrômetro fica em seis pequenas pernas robóticas, chamadas de hexápode. A câmera do PIXL verifica repetidamente a distância entre o instrumento e um alvo rochoso para auxiliar no posicionamento.
As oscilações de temperatura em Marte são grandes o suficiente para que o braço do Perseverance se expanda ou contraia uma quantidade microscópica, o que pode atrapalhar a mira do PIXL. O hexápode ajusta automaticamente o instrumento para deixá-lo excepcionalmente próximo sem entrar em contato com a rocha.
“Temos que fazer ajustes na escala de micrômetros para obter a precisão que precisamos”, disse Allwood. “Ele chega perto o suficiente da rocha para arrepiar os cabelos da nuca de um engenheiro.”
Fazendo um Mapa Mineral
Uma vez que o PIXL esteja em posição, outro sistema de IA tem a chance de brilhar. O PIXL escaneia uma área do tamanho de um selo postal de uma rocha, disparando um feixe de raios X milhares de vezes para criar uma grade de pontos microscópicos. Cada ponto revela informações sobre a composição química dos minerais presentes.
Minerais são cruciais para responder perguntas-chave sobre Marte. Dependendo da rocha, os cientistas podem estar em busca de carbonatos, que escondem pistas de como a água pode ter formado a rocha, ou podem estar procurando por fosfatos, que podem ter fornecido nutrientes para micróbios, se algum estivesse presente no passado marciano.
Não há como os cientistas saberem com antecedência qual das centenas de disparos de raios X revelará um mineral específico, mas quando o instrumento encontra certos minerais, ele pode parar automaticamente para coletar mais dados — uma ação chamada de “longa permanência”. À medida que o sistema melhora por meio do aprendizado de máquina, a lista de minerais nos quais o PIXL pode se concentrar com uma longa permanência está crescendo.
“O PIXL é uma espécie de canivete suíço, pois pode ser configurado dependendo do que os cientistas estão procurando em um dado momento”, disse David Thompson, do JPL, que ajudou a desenvolver o software. “Marte é um ótimo lugar para testar IA, já que temos comunicações regulares todos os dias, o que nos dá a chance de fazer ajustes ao longo do caminho.”
Quando futuras missões viajarem mais profundamente no sistema solar, elas ficarão fora de contato por mais tempo do que as missões atuais em Marte. É por isso que há um forte interesse em desenvolver mais autonomia para missões enquanto elas viajam e conduzem ciência para o benefício da humanidade.
Mais sobre a missão
Um objetivo-chave para a missão do Perseverance em Marte é a astrobiologia , incluindo a busca por sinais de vida microbiana antiga. O rover caracterizará a geologia do planeta e o clima passado, abrirá caminho para a exploração humana do Planeta Vermelho e será a primeira missão a coletar e armazenar rochas e regolitos marcianos (rochas quebradas e poeira).
Missões subsequentes da NASA, em cooperação com a ESA (Agência Espacial Europeia), enviariam espaçonaves a Marte para coletar essas amostras seladas da superfície e trazê-las de volta à Terra para análise aprofundada.
A missão Perseverance Mars 2020 faz parte da abordagem de exploração da Lua para Marte da NASA, que inclui missões Artemis à Lua que ajudarão a preparar a exploração humana do Planeta Vermelho.
O JPL, que é gerenciado pela NASA pelo Caltech em Pasadena, Califórnia, construiu e gerencia as operações do rover Perseverance.
Para mais informações sobre Perseverance: