A través de programas avanzados de pruebas de autonomía, la Nasa está sentando las bases para una de sus principales prioridades: la búsqueda de señales de vida y cuerpos potencialmente habitables en nuestro sistema solar y más allá. Los principales destinos para dicha exploración son cuerpos que contienen agua líquida, como la luna Europa de Júpiter y la luna Encélado de Saturno.
Las misiones iniciales a las superficies de estos «mundos oceánicos» serán robóticas y requerirán un alto grado de autonomía a bordo debido a los largos retrasos y apagones de las comunicaciones con la Tierra, los duros entornos de la superficie y la limitada duración de la batería.
Las tecnologías que pueden permitir la autonomía de las naves espaciales generalmente se engloban en el concepto de inteligencia artificial (IA) y han evolucionado rápidamente en los últimos años. Muchas de estas tecnologías, como el aprendizaje automático, el razonamiento causal y la IA generativa, se están desarrollando en instituciones ajenas a la Nasa.
En 2018, la Nasa inició un programa para aprovechar estos avances y hacer posibles futuras misiones a mundos helados. Patrocinó el desarrollo del banco de pruebas de autonomía de aterrizaje en mundos oceánicos (OWLAT) en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la Nasa en el sur de California y el banco de pruebas de autonomía de aterrizaje en mundos oceánicos virtual para exploración, investigación y simulación (OceanWATERS) en el Centro de Investigación Ames de la Nasa en Silicon Valley, California.
La Nasa solicitó solicitudes para su programa de Investigación Robótica Autónoma para Mundos Oceánicos (ARROW) en 2020, y para el programa Conceptos para la Tecnología de Detección de Vida en Mundos Oceánicos (COLDTech) en 2021. Se eligieron seis equipos de investigación, con base en universidades y empresas de todo Estados Unidos, para desarrollar y demostrar soluciones autónomas en OWLAT y OceanWATERS. Estos proyectos de dos a tres años ya están completos y han abordado una amplia variedad de desafíos de autonomía que enfrentan las posibles misiones en la superficie de los mundos oceánicos.
OWLAT está diseñado para simular un módulo de aterrizaje de una nave espacial con un brazo robótico para operaciones científicas en un cuerpo oceánico. La arquitectura general de OWLAT, incluidos los componentes de hardware y software, se muestra en la Figura 1. Cada uno de los componentes de OWLAT se detalla a continuación.
La versión de hardware de OWLAT está diseñada para simular físicamente los movimientos de un módulo de aterrizaje mientras se realizan operaciones en un entorno de baja gravedad utilizando una plataforma Stewart de seis grados de libertad (DOF). Un brazo robótico de siete DOF está montado en el módulo de aterrizaje para realizar el muestreo y otras operaciones científicas que interactúan con el entorno. Una cámara montada en una unidad de giro e inclinación se utiliza para la percepción. El banco de pruebas también tiene un conjunto de sensores de fuerza/torque a bordo para medir el movimiento y las fuerzas de reacción a medida que el módulo de aterrizaje interactúa con el entorno. Los algoritmos de control implementados en el banco de pruebas le permiten exhibir un comportamiento dinámico como si fuera un brazo liviano en un módulo de aterrizaje que opera en diferentes entornos gravitacionales.
El equipo también desarrolló un conjunto de herramientas e instrumentos para permitir la realización de operaciones científicas utilizando el banco de pruebas. Estas diversas herramientas se pueden montar en el extremo del brazo robótico mediante un mecanismo de conexión y desconexión rápida. El espacio de trabajo del banco de pruebas donde se realizan el muestreo y otras operaciones científicas incorpora un entorno diseñado para representar la escena y el material simulado de la superficie que se puede encontrar en los mundos oceánicos.
La versión de software de OWLAT modela, visualiza y proporciona telemetría desde un simulador de dinámica de alta fidelidad basado en el motor de física Dynamics And Real-Time Simulation (DARTS) desarrollado en el JPL. Replica el comportamiento del banco de pruebas físico en respuesta a comandos y proporciona telemetría al software de autonomía.
