Cercetătorii folosesc vibrațiile pentru a afla ce se ascunde sub suprafața altor planete
Explorarea spațială modernă nu a ajuns încă la nivelul din „Star Trek”, dar dacă astronauții vor dori într-o zi să aterizeze pe o planetă necartografiată, ar trebui mai întâi să știe ce se află pe suprafață și dedesubtul ei. O cercetare realizată la Virginia Tech ar putea pregăti terenul pentru acest lucru printr-un set nou de instrumente care scanează vibrațiile din teren pentru a determina cât de adânc se extind rocile sub suprafață.
Erik Komendera, profesor asistent de inginerie mecanică, a lucrat anterior ca inginer la Centrul de Cercetare Langley al NASA. Cea mai recentă cercetare a sa, realizată împreună cu doctoranda Yiyan Ruan și publicată în IEEE Sensors Journal, ar putea ajuta roverele să aterizeze în siguranță pe Marte, pe Lună sau pe alte planete în mare parte neexplorate. Ea ar putea avea aplicații și pe Pământ, de exemplu în analiza șantierelor de construcții sau a scenariilor de dezastru, atunci când există pericole ascunse în pământ.
Vibrațiile ca instrumente de măsurare
Factori precum altitudinea și rugozitatea terenului, dar și înălțimea rocilor afectează opțiunile privind locul unde poate fi plasată o navă spațială în misiunile actuale pe Marte. Dacă o rocă se află în calea unei posibile suprafețe de aterizare, un excavator robotic ar putea să o spargă. Însă dacă roca este de fapt un bolovan îngropat, robotul nu ar trebui să consume energie și să uzeze scule încercând să înlăture ceva imposibil de mutat.
„De când oamenii construiesc lucruri pe Pământ, am avut de-a face cu obstacole mari și grele care nu pot fi pur și simplu ignorate sau înlăturate fără o planificare atentă”, a declarat Komendera. „Ne este ușor să ne uităm la roci și să facem rapid judecăți verificabile. Această rocă stă pe loc sau este parțial îngropată? Pot să o mut singur sau am nevoie de ajutor și de unelte? Dar dacă robotoții trebuie să facă acest lucru? Cum pot robotoții să facă aceste judecăți? Acum avem un răspuns.”
Komendera pune la punct un set de instrumente care ar putea scuti excavatoarele de multă muncă. Pentru a-și testa abordarea, echipa sa a îngropat 18 blocuri de beton de diferite dimensiuni și forme, la diferite adâncimi, în nisip. Au lovit roca expusă cu un ciocan instrumentat, apoi au măsurat vibrațiile rezultate de la distanță, folosind un vibrometru laser Doppler cu scanare. După ce au testat vibrațiile la mai multe înălțimi pe suprafața rocii, cercetătorii au introdus rezultatele într-o rețea neuronală care a învățat relația dintre caracteristicile vibrațiilor, geometria vizibilă a rocii și adâncimea de îngropare.
Inteligența artificială decodează informațiile din vibrații
Echipa a folosit datele pentru a antrena IA să analizeze și să compare rezultatele. Relația dintre rigiditatea solului, unghiul la care rocile au intrat în contact cu nisipul și alți factori au făcut ca preluarea măsurătorilor să fie complexă. Prin faptul că au învățat IA să țină cont de acești factori, cercetătorii au reușit să construiască modele care pot determina în mod fiabil adâncimea.
„Estimarea adâncimii la care este îngropată o rocă folosind vibrațiile poate fi dificilă”, a spus Ruan. „Rezultatul este afectat de geometria rocii și de modul în care solul o susține. Selectând cu atenție caracteristici din măsurătorile vibrațiilor și din geometria expusă, am reușit să producem date fiabile folosind o rețea neuronală compactă cu doar două straturi ascunse.”
Aceste modele ar putea îndruma într-o zi un excavator robotic pe Marte să gestioneze corect obstacolele din teren. Deocamdată, echipa plănuiește să continue construirea seturilor de date și testarea abordării pe Pământ, unde instrumentul ar putea fi util pentru determinarea componentelor formațiunilor stâncoase instabile, măsurarea cavernelor subterane și chiar pentru sprijinirea operațiunilor de curățare după dezastre.
