Công nghệ định vị robot sẽ khám phá đại dương sâu thẳm
Điều hướng tương đối với địa hình đã giúp Perseverance hạ cánh – và Ingenuity bay – một cách tự động trên Sao Hỏa. Bây giờ là lúc thử nghiệm một hệ thống tương tự trong khi khám phá một biên giới khác.
Vào ngày 14 tháng 5, tàu Okeanos Explorer của Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia ( NOAA ) sẽ khởi hành từ Cảng Canaveral ở Florida trong chuyến thám hiểm kéo dài hai tuần do NOAA Ocean Exploration dẫn đầu , bao gồm phần trình diễn công nghệ của một phương tiện tự hành dưới nước. Được gọi là Orpheus , lớp robot chìm mới này sẽ giới thiệu một hệ thống giúp nó tìm đường và xác định các đặc điểm khoa học thú vị dưới đáy biển.
Điều hướng tương đối với địa hình là công cụ giúp tàu thăm dò Sao Hỏa bền bỉ trên Sao Hỏa 2020 của NASA chạm tới Hành tinh Đỏ một cách chính xác vào ngày 18 tháng 2. Hệ thống này cho phép rô-bốt đi xuống lập bản đồ trực quan cảnh quan Sao Hỏa, xác định các mối nguy hiểm và sau đó chọn một địa điểm an toàn hạ cánh mà không cần sự trợ giúp của con người. Theo cách tương tự, Máy bay trực thăng Ingenuity Mars của cơ quan này sử dụng hệ thống định vị dựa trên tầm nhìn để theo dõi các đặc điểm bề mặt trên mặt đất trong suốt chuyến bay nhằm ước tính chuyển động của nó trên bề mặt Sao Hỏa.
Được phát triển bởi các kỹ sư tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA ở Nam California, sự phát triển của hệ thống điều hướng dựa trên tầm nhìn đã được sử dụng trên Sao Hỏa giờ đây sẽ trải qua quá trình chạy thử gần nhà hơn một chút: ngoài khơi Bờ Đông Hoa Kỳ ở Đại Tây Dương.
Thông thường, cần phải có thiết bị tìm kiếm vị trí lớn, công suất cao như sóng siêu âm để định hướng trong vùng nước tối và thường đục gần đáy biển. Bằng cách sử dụng hệ thống máy ảnh và đèn chiếu sáng năng lượng thấp, cùng với phần mềm tiên tiến, Orpheus nhẹ hơn hầu hết các tàu lặn dưới biển sâu. Nhỏ hơn một chiếc xe đạp bốn bánh và nặng khoảng 550 pound (250 kg), Orpheus được thiết kế để nhanh nhẹn, dễ vận hành và chắc chắn khi khám phá những độ sâu mà hầu hết các loại xe không thể tiếp cận được.
Đi sâu vào tương lai
Russell Smith, kỹ sư cơ khí robot tại JPL cho biết: “Bản demo công nghệ này sẽ được sử dụng để thu thập dữ liệu nhằm chứng minh khả năng tồn tại của việc điều hướng tương ứng với địa hình trong đại dương, đồng thời cho thấy nhiều robot sẽ hoạt động cùng nhau như thế nào trong môi trường khắc nghiệt”. “Những thử nghiệm này sẽ đưa chúng ta đi đúng hướng để bắt đầu những cuộc lặn sâu trong tương lai vào vùng hadal và tìm kiếm một cách thông minh những khu vực thú vị có hoạt động sinh học cao.”
Phiên bản điều hướng dựa trên tầm nhìn của Orpheus được gọi là phép đo hình ảnh quán tính trực quan, hay xVIO, và nó hoạt động bằng cách sử dụng hệ thống camera tiên tiến và phần mềm khớp mẫu cùng với các công cụ có thể đo chính xác hướng và chuyển động của nó. Khi Orpheus di chuyển dưới đáy biển, xVIO xác định các đặc điểm – chẳng hạn như đá, vỏ sò và san hô – bên dưới phương tiện. Giống như việc ghi nhớ các điểm mốc trong chuyến đi, xVIO sẽ xây dựng bản đồ 3D bằng cách sử dụng các tính năng này làm điểm tham chiếu để giúp định hướng. Nhưng hệ thống này không chỉ đơn giản là một phương tiện để ngăn chặn robot chìm bị lạc.
Các bản đồ có độ phân giải cao mà xVIO tạo ra được lưu vào bộ nhớ để khi Orpheus quay lại khu vực, nó sẽ nhận ra sự phân bổ độc đáo của các đối tượng địa lý và sử dụng chúng làm điểm bắt đầu để mở rộng hoạt động khám phá. Và khi làm việc với những người bạn robot, bản đồ có thể được chia sẻ, tham khảo chéo và phát triển để nhanh chóng xác định các lĩnh vực khoa học quan tâm.
“Trong tương lai, một số môi trường đại dương khắc nghiệt nhất sẽ nằm trong tầm tay của chúng ta. Andy Klesh, một kỹ sư hệ thống cũng tại JPL, cho biết, từ các rãnh đại dương sâu thẳm đến các miệng phun thủy nhiệt, có rất nhiều điểm đến mới mà chúng tôi sẽ khám phá. “Bằng cách duy trì quy mô nhỏ, chúng tôi đã tạo ra một công cụ mới, đơn giản hóa dành cho các nhà khoa học đại dương – một công cụ mang lại lợi ích trực tiếp cho NASA như một hệ thống tương tự để khám phá không gian tự động.”
Nhưng Klesh lưu ý một ưu điểm khác của sự hợp tác giữa NASA và các tổ chức như WHOI và NOAA, với kiến thức chuyên môn sâu rộng về hải dương học của họ: Các công nghệ đang được phát triển để khám phá các đại dương trên Trái đất bằng các phương tiện dưới nước tự động thông minh, nhỏ và chắc chắn cuối cùng có thể được khai thác để khám phá các đại dương trên những thế giới khác .
Các chất tương tự Trái đất thường được sử dụng làm vật thay thế môi trường cho các vị trí khác trong hệ mặt trời. Ví dụ, mặt trăng Europa của Sao Mộc sở hữu một đại dương dưới bề mặt có thể tạo ra những điều kiện thuận lợi cho sự sống.
Tim Shank, nhà sinh vật học dẫn đầu chương trình HADEX (Thám hiểm Hadal) của WHOI, cho biết: “Ở độ sâu hadal trên Trái đất, áp suất gần tương đương với đáy đại dương dưới bề mặt của Europa, được cho là có thể sâu tới 80 km [50 dặm]. “Thật sâu sắc khi nghĩ rằng chuyến thám hiểm này có thể là bước đệm cho những khám phá mới về hành tinh của chúng ta, bao gồm cả việc trả lời câu hỏi cơ bản nhất: Sự sống có phải là duy nhất trên Trái đất hay còn có những nơi nào khác ngoài chấm màu xanh nhạt này nơi sự sống có thể tồn tại? đã phát sinh? Nhưng trước khi chúng ta có thể khám phá Europa hay bất kỳ thế giới đại dương nào khác, trước tiên chúng ta phải hiểu rõ hơn về chính ngôi nhà của mình.”