NASA testet KI-Wegpunkte für Perseverance: 456 Meter autonom auf dem Mars

Im Dezember machte die NASA einen weiteren kleinen, aber wichtigen Schritt in Richtung autonomer Oberflächenrover.

Warum Autonomie auf dem Mars nötig ist

Der Mars ist weit entfernt, und für ein Hin-und-zurück-Signal zwischen Erde und Mars fallen etwa 25 Minuten Verzögerung an. Dadurch sind Rover zwangsläufig immer wieder für kurze Zeit auf sich allein gestellt.

Diese Verzögerung prägt auch die Routenplanung. Rover-Fahrerinnen und Rover-Fahrer auf der Erde sichten Bilder sowie Höhen- und Geländedaten und programmieren anschließend eine Abfolge von Wegpunkten, die in der Regel höchstens 100 Meter voneinander entfernt liegen.

Der Fahrplan wird danach an das Deep Space Network (DSN) der NASA übermittelt. Von dort geht das Signal an einen von mehreren Orbitern, die die Daten wiederum an Perseverance weiterleiten.

KI-Wegpunkte für Perseverance auf dem Mars

Bei einer Demonstration ließ das Perseverance-Team Wegpunkte durch KI erzeugen. Perseverance nutzte diese KI-Wegpunkte an zwei unterschiedlichen Tagen und legte dabei insgesamt 456 Meter ohne menschliche Steuerung zurück.

„Diese Demonstration zeigt, wie weit sich unsere Fähigkeiten entwickelt haben, und erweitert, wie wir andere Welten erforschen werden“, sagte NASA-Administrator Jared Isaacman.

„Autonome Technologien wie diese können Missionen helfen, effizienter zu arbeiten, auf anspruchsvolles Gelände zu reagieren und den wissenschaftlichen Ertrag zu steigern, je größer die Entfernung zur Erde wird. Das ist ein starkes Beispiel dafür, wie Teams neue Technologie sorgfältig und verantwortungsvoll in realen Einsätzen anwenden.“

Für die Demonstration wertete die KI Orbitalaufnahmen der HiRISE-Kamera des Mars Reconnaissance Orbiter sowie digitale Höhenmodelle aus. Die KI, die auf Claude AI von Anthropic basiert, erkannte Gefahren wie Sandfallen, Geröll- und Felsbrockenfelder, freiliegendes Grundgestein und felsige Vorsprünge. Anschließend berechnete sie eine Route, die über eine Serie von Wegpunkten definiert ist und diese Risiken umgeht.

Auto-Navigation, Testumgebung und technische Hürden

Nachdem die Wegpunkte feststanden, übernahm das Auto-Navigationssystem von Perseverance. Es verfügt über mehr Autonomie als seine Vorgänger und kann Bilder sowie Fahrpläne während der Fahrt verarbeiten.

Bevor die Wegpunkte jedoch an Perseverance gesendet wurden, gab es einen weiteren entscheidenden Schritt: Am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA existiert ein „Zwilling“ von Perseverance, das „Vehicle System Test Bed“ (VSTB) im Mars Yard des JPL.

Dabei handelt es sich um ein technisches Ingenieurmodell, mit dem das Team auf der Erde Probleme lösen kann – oder es für Situationen wie diese einsetzt. Solche Engineering-Versionen sind bei Marsmissionen üblich; auch für Curiosity gibt es ein entsprechendes Modell.

„Die grundlegenden Elemente generativer KI zeigen viel Potenzial, um die Säulen autonomer Navigation für Fahrten außerhalb der Erde zu straffen: Wahrnehmung (die Steine und Rippel sehen), Lokalisierung (wissen, wo wir sind) sowie Planung und Kontrolle (den sichersten Weg bestimmen und ausführen)“, sagte Vandi Verma, Weltraumrobotikerin am JPL und Mitglied des Perseverance-Ingenieurteams.

„Wir bewegen uns auf einen Tag zu, an dem generative KI und andere intelligente Werkzeuge unseren Oberflächenrovern helfen werden, Fahrten im Kilometermaßstab zu bewältigen, während die Arbeitslast für Bedienerinnen und Bediener minimiert wird, und interessante Oberflächenmerkmale für unser Wissenschaftsteam markieren, indem sie riesige Mengen an Rover-Bildern durchsuchen.“

KI wird in unserem Alltag sehr schnell allgegenwärtig und taucht dabei auch in Bereichen auf, in denen ihr Nutzen nicht unbedingt überzeugend ist.

Doch hier geht es nicht darum, dass die NASA einem KI-Trend folgt. Automatische Navigationssysteme werden dort seit Längerem entwickelt – aus Notwendigkeit. Tatsächlich ist bei Perseverance die selbstfahrende, autonome Navigation die wichtigste Art, wie der Rover fährt.

Ein Grund, warum vollständig autonomes Fahren weiterhin schwierig ist, liegt darin, dass die Unsicherheit wächst, sobald der Rover ohne menschliche Unterstützung operiert. Je länger der Rover unterwegs ist, desto unklarer wird seine genaue Position auf der Oberfläche.

Abhilfe schafft eine erneute Lokalisierung des Rovers in seiner Karte. Derzeit übernehmen Menschen diesen Schritt. Das kostet jedoch Zeit, unter anderem wegen eines vollständigen Kommunikationszyklus zwischen Erde und Mars. Insgesamt begrenzt das, wie weit Perseverance ohne Unterstützung vorankommt.

NASA/JPL arbeitet deshalb auch an einem Ansatz, mit dem Perseverance sich per KI selbst neu lokalisieren kann. Die größte Hürde ist dabei, Orbitalbilder mit den bodennahen Bildern des Rovers zuverlässig abzugleichen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass KI genau dafür trainiert wird, um hier besonders leistungsfähig zu sein.

KI über den Mars hinaus: Dragonfly und weitere Konzepte

Es ist absehbar, dass KI bei der planetaren Erkundung eine deutlich größere Rolle einnehmen wird. Der nächste Mars-Rover könnte sich stark von den heutigen unterscheiden – mit weiterentwickelter autonomer Navigation und zusätzlichen KI-Funktionen. Bereits heute gibt es Konzepte für einen Schwarm fliegender Drohnen, die ein Rover aussetzt, um seine Erkundungsreichweite auf dem Mars zu vergrößern. Solche Schwärme würden durch KI gesteuert, damit sie koordiniert und autonom zusammenarbeiten.

Und nicht nur die Marsforschung dürfte davon profitieren. Auch die Dragonfly-Mission der NASA zum Saturnmond Titan wird KI umfassend nutzen: nicht nur für autonome Navigation, während der Drehflügler umherfliegt, sondern auch für eine eigenständige Aufbereitung und Auswahl von Daten.

„Stellen Sie sich intelligente Systeme vor, nicht nur am Boden auf der Erde, sondern auch direkt vor Ort in unseren Rovern, Helikoptern, Drohnen und anderen Oberflächenelementen – trainiert mit der kollektiven Weisheit unserer NASA-Ingenieurinnen und -Ingenieure, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Astronautinnen und Astronauten“, sagte Matt Wallace, Leiter des Exploration Systems Office am JPL.

„Das ist die entscheidende Technologie, die wir brauchen, um die Infrastruktur und Systeme aufzubauen, die für eine permanente menschliche Präsenz auf dem Mond erforderlich sind, und um die USA zum Mars und darüber hinaus zu bringen.“

Dieser Artikel wurde ursprünglich von Universe Today veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.