Добавить новость
ru24.net
News in English
Декабрь
2024
1 2 3 4 5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

Towards Autonomous Surface Missions on Ocean Worlds

0
9 Min Read

Towards Autonomous Surface Missions on Ocean Worlds

Artist’s concept image of a spacecraft lander with a robot arm on the surface of Europa.
Credits:
NASA/JPL – Caltech

Through advanced autonomy testbed programs, NASA is setting the groundwork for one of its top priorities—the search for signs of life and potentially habitable bodies in our solar system and beyond. The prime destinations for such exploration are bodies containing liquid water, such as Jupiter’s moon Europa and Saturn’s moon Enceladus. Initial missions to the surfaces of these “ocean worlds” will be robotic and require a high degree of onboard autonomy due to long Earth-communication lags and blackouts, harsh surface environments, and limited battery life.

Technologies that can enable spacecraft autonomy generally fall under the umbrella of Artificial Intelligence (AI) and have been evolving rapidly in recent years. Many such technologies, including machine learning, causal reasoning, and generative AI, are being advanced at non-NASA institutions.  

NASA started a program in 2018 to take advantage of these advancements to enable future icy world missions. It sponsored the development of the physical Ocean Worlds Lander Autonomy Testbed (OWLAT) at NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Southern California and the virtual Ocean Worlds Autonomy Testbed for Exploration, Research, and Simulation (OceanWATERS) at NASA’s Ames Research Center in Silicon Valley, California.

NASA solicited applications for its Autonomous Robotics Research for Ocean Worlds (ARROW) program in 2020, and for the Concepts for Ocean worlds Life Detection Technology (COLDTech) program in 2021. Six research teams, based at universities and companies throughout the United States, were chosen to develop and demonstrate autonomy solutions on OWLAT and OceanWATERS. These two- to three-year projects are now complete and have addressed a wide variety of autonomy challenges faced by potential ocean world surface missions.

OWLAT

OWLAT is designed to simulate a spacecraft lander with a robotic arm for science operations on an ocean world body. The overall OWLAT architecture including hardware and software components is shown in Figure 1. Each of the OWLAT components is detailed below.

Figure 1. The software and hardware components of the Ocean Worlds Lander Autonomy Testbed and the relationships between them.
NASA/JPL – Caltech

The hardware version of OWLAT (shown in Figure 2) is designed to physically simulate motions of a lander as operations are performed in a low-gravity environment using a six degrees-of-freedom (DOF) Stewart platform. A seven DOF robot arm is mounted on the lander to perform sampling and other science operations that interact with the environment. A camera mounted on a pan-and-tilt unit is used for perception. The testbed also has a suite of onboard force/torque sensors to measure motion and reaction forces as the lander interacts with the environment. Control algorithms implemented on the testbed enable it to exhibit dynamics behavior as if it were a lightweight arm on a lander operating in different gravitational environments.

Figure 2. The Ocean Worlds Lander Autonomy Testbed. A scoop is mounted to the end of the testbed robot arm.
NASA/JPL – Caltech

The team also developed a set of tools and instruments (shown in Figure 3) to enable the performance of science operations using the testbed. These various tools can be mounted to the end of the robot arm via a quick-connect-disconnect mechanism. The testbed workspace where sampling and other science operations are conducted incorporates an environment designed to represent the scene and surface simulant material potentially found on ocean worlds.

Figure 3. Tools and instruments designed to be used with the testbed.
NASA/JPL – Caltech

The software-only version of OWLAT models, visualizes, and provides telemetry from a high-fidelity dynamics simulator based on the Dynamics And Real-Time Simulation (DARTS) physics engine developed at JPL. It replicates the behavior of the physical testbed in response to commands and provides telemetry to the autonomy software. A visualization from the simulator is shown on Figure 4.

Figure 4. The dynamics simulator visualization showing the deployment and performance of the scooping operation. 
NASA/JPL – Caltech

The autonomy software module shown at the top in Figure 1 interacts with the testbed through a Robot Operating System (ROS)-based interface to issue commands and receive telemetry. This interface is defined to be identical to the OceanWATERS interface. Commands received from the autonomy module are processed through the dispatcher/scheduler/controller module (blue box in Figure 1) and used to command either the physical hardware version of the testbed or the dynamics simulation (software version) of the testbed. Sensor information from the operation of either the software-only or physical testbed is reported back to the autonomy module using a defined telemetry interface. A safety and performance monitoring and evaluation software module (red box in Figure 1) ensures that the testbed is kept within its operating bounds. Any commands causing out of bounds behavior and anomalies are reported as faults to the autonomy software module.

Figure 5. Erica Tevere (at the operator’s station) and Ashish Goel (at the robot arm) setting up the OWLAT testbed for use.
NASA/JPL – Caltech

OceanWATERS

At the time of the OceanWATERS project’s inception, Jupiter’s moon Europa was planetary science’s first choice in searching for life. Based on ROS, OceanWATERS is a software tool that provides a visual and physical simulation of a robotic lander on the surface of Europa (see Figure 6). OceanWATERS realistically simulates Europa’s celestial sphere and sunlight, both direct and indirect. Because we don’t yet have detailed information about the surface of Europa, users can select from terrain models with a variety of surface and material properties. One of these models is a digital replication of a portion of the Atacama Desert in Chile, an area considered a potential Earth-analog for some extraterrestrial surfaces.

Figure 6. Screenshot of OceanWATERS.
NASA/JPL – Caltech

JPL’s Europa Lander Study of 2016, a guiding document for the development of OceanWATERS, describes a planetary lander whose purpose is collecting subsurface regolith/ice samples, analyzing them with onboard science instruments, and transmitting results of the analysis to Earth.

The simulated lander in OceanWATERS has an antenna mast that pans and tilts; attached to it are stereo cameras and spotlights. It has a 6 degree-of-freedom arm with two interchangeable end effectors—a grinder designed for digging trenches, and a scoop for collecting ground material. The lander is powered by a simulated non-rechargeable battery pack. Power consumption, the battery’s state, and its remaining life are regularly predicted with the Generic Software Architecture for Prognostics (GSAP) tool. To simulate degraded or broken subsystems, a variety of faults (e.g., a frozen arm joint or overheating battery) can be “injected” into the simulation by the user; some faults can also occur “naturally” as the simulation progresses, e.g., if components become over-stressed. All the operations and telemetry (data measurements) of the lander are accessible via an interface that external autonomy software modules can use to command the lander and understand its state. (OceanWATERS and OWLAT share a unified autonomy interface based on ROS.) The OceanWATERS package includes one basic autonomy module, a facility for executing plans (autonomy specifications) written in the PLan EXecution Interchange Language, or PLEXIL. PLEXIL and GSAP are both open-source software packages developed at Ames and available on GitHub, as is OceanWATERS.

Mission operations that can be simulated by OceanWATERS include visually surveying the landing site, poking at the ground to determine its hardness, digging a trench, and scooping ground material that can be discarded or deposited in a sample collection bin. Communication with Earth, sample analysis, and other operations of a real lander mission, are not presently modeled in OceanWATERS except for their estimated power consumption. Figure 7 is a video of OceanWATERS running a sample mission scenario using the Atacama-based terrain model.

Figure 7. Screenshot of OceanWATERS lander on a terrain modeled from the Atacama Desert. A scoop operation has just been completed.
NASA/JPL – Caltech

Because of Earth’s distance from the ocean worlds and the resulting communication lag, a planetary lander should be programmed with at least enough information to begin its mission. But there will be situation-specific challenges that will require onboard intelligence, such as deciding exactly where and how to collect samples, dealing with unexpected issues and hardware faults, and prioritizing operations based on remaining power. 

Results

All six of the research teams funded by the ARROW and COLDTech programs used OceanWATERS to develop ocean world lander autonomy technology and three of those teams also used OWLAT. The products of these efforts were published in technical papers, and resulted in development of software that may be used or adapted for actual ocean world lander missions in the future. The following table summarizes the ARROW and COLDTech efforts.

  Principal Investigator (PI) PI Institution Project Testbed Used Purpose of Project
ARROW Projects Jonathan Bohren Honeybee Robotics Stochastic PLEXIL (SPLEXIL) OceanWATERS Extended PLEXIL with stochastic decision-making capabilities by employing reinforcement learning techniques.
Pooyan Jamshidi University of South Carolina Resource Adaptive Software Purpose-Built for Extraordinary Robotic Research Yields (RASPBERRY SI) OceanWATERS & OWLAT Developed software algorithms and tools for fault root cause identification, causal debugging, causal optimization, and causal-induced verification.
COLDTech Projects Eric Dixon Lockheed Martin Causal And Reinforcement Learning (CARL) for COLDTech OceanWATERS Integrated a model of JPL’s mission-ready Cold Operable Lunar Deployable Arm (COLDarm) into OceanWATERS and applied image analysis, causal reasoning, and machine learning models to identify and mitigate the root causes of faults, such as ice buildup on the arm’s end effector.
Jay McMahon University of Colorado Robust Exploration with Autonomous Science On-board, Ranked Evaluation of Contingent Opportunities for Uninterrupted Remote Science Exploration (REASON-RECOURSE) OceanWATERS Applied automated planning with formal methods to maximize science return of the lander while minimizing communication with ground team on Earth.
Melkior Ornik U Illinois, Urbana-Champaign aDaptive, ResIlient Learning-enabLed oceAn World AutonomY (DRILLAWAY) OceanWATERS & OWLAT Developed autonomous adaptation to novel terrains and selecting scooping actions based on the available image data and limited experience by transferring the scooping procedure learned from a low-fidelity testbed to the high-fidelity OWLAT testbed.
Joel Burdick Caltech Robust, Explainable Autonomy for Scientific Icy Moon Operations (REASIMO) OceanWATERS & OWLAT Developed autonomous 1) detection and identification of off-nominal conditions and procedures for recovery from those conditions, and 2) sample site selection

Acknowledgements: The portion of the research carried out at the Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology was performed under a contract with the National Aeronautics and Space Administration (80NM0018D0004).  The portion of the research carried out by employees of KBR Wyle Services LLC at NASA Ames Research Center was performed under a contract with the National Aeronautics and Space Administration (80ARC020D0010). Both were funded by the Planetary Science Division ARROW and COLDTech programs.

Project Leads: Hari Nayar (NASA Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology), K. Michael Dalal (KBR, Inc. at NASA Ames Research Center)

Sponsoring Organizations: NASA SMD PESTO




Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus



На Воробьевых горах открылась фотовыставка «Без барьеров»

В Азербайджане прошел третий, завершающий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»

В Азербайджане прошел третий, завершающий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»

В День Неизвестного Солдата подмосковные росгвардейцы почтили память Героев, отдавших свои жизни на благо Отечества


Билеты на Like Party «КОРПОРАТИВ» за крутое фото или видео

Токсиколог Кутушов перечислил топ-5 наиболее токсичных веществ в бытовой химии

Токсиколог Кутушов перечислил топ-5 наиболее токсичных веществ в бытовой химии

Секреты мотивации: как превратить рутину в увлекательный процесс


Bigg Boss 18: Digvijay Rathee asks Chum Darang about the kind of guy she would like to marry; says ‘mere parents ko manana padega’

Watch: India boss Rohit gets down to pink-ball business in Adelaide

Gujarat's Urvil Patel smashes another blazing century in SMAT

Bigg Boss 18: Delhi-based Shalini Passi arrives in Mumbai for her wildcard entry in the show


«Грузовичкоф» — финалист премии РБК Awards 2024

Беспроводной сканер штрих-кодов SAOTRON P05i промышленного класса

«Грузовичкоф» — финалист премии РБК Awards 2024

Bluetooth-сканер штрих-кодов SAOTRON P04 на базе CMOS-матрицы


Доступна предзагрузка Steam-версии Delta Force: Hawk Ops

Arcane co-creator reminds fans 'there are always constraints', dispels theories the show was rushed or restrained by Riot's higher-ups

Woolly Boy and the Circus можно предзаказать на iOS, Android и PC

How two secret Stalker 2 hacks cut my loading time from 5 minutes to 52 seconds and got me in the Zone faster


Інтернет-магазин GARNA: ваш вибір професійної косметики


В Азербайджане прошел третий, завершающий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»

В Азербайджане прошел третий, завершающий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»

В Азербайджане прошел третий, завершающий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»

В Азербайджане прошел третий, завершающий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»




В Азербайджане прошел третий, завершающий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»

В Азербайджане прошел третий, завершающий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»

На Воробьевых горах открылась фотовыставка «Без барьеров»

Bloody представил свой стенд и стал техническим партнёром на Red Expo-2024


Генконсульство Словакии в Петербурге прекратит работу к 2025 году

В ЮАО открылось 20 катков с искусственным льдом

Жители столичного Бутова пытаются спасти замерзающего лебедя

Эксперт рассказал об улучшении качества повседневной жизни в Новой Москве


«Поражён, как здорово меня поддерживают». Откровения австралийского теннисиста в России

Жену белорусского теннисиста Герасимова обокрали в отеле в Петербурге

Теннисистка Кудерметова планирует восстанавливаться после сезона в Казани

Жену второй ракетки Белоруссии Герасимова обокрали в отеле в Петербурге


Путин вручил премию «Волонтер года» Марии Карпенко из Курской области

В Тульской области представили корону из балета «Лебединое озеро»

Генконсульство Словакии в Петербурге прекратит работу к 2025 году

Контрнаступление... Как это было в декабре 1941-го


Музыкальные новости

Секреты мотивации: как превратить рутину в увлекательный процесс

Концерт к Международному дню инвалидов прошел в Подольске

Воскресный шопинг: Тимати похвастался покупкой за 65 миллионов рублей

Ядовитая красота: врач Кутушов рассказал о скрытых рисках искусственных елок



В Азербайджане прошел третий, завершающий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»

В Азербайджане прошел третий, завершающий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»

В Азербайджане прошел третий, завершающий этап проекта «Русский язык: читаем, слушаем, смотрим в странах СНГ»

«Грузовичкоф» — финалист премии РБК Awards 2024


Чемпионат России по волейболу (жен). 12-й тур. «Заречье-Одинцово» сыграет с «Омичкой», краснодарское «Динамо» встретится с «Динамо Метаром», другие матчи

Рыбакина вошла в рейтинг самых высокооплачиваемых спортсменок мира в 2024 году. Известна сумма ее заработка

Собянин: Ежегодно будем открывать новые маршруты речного электротранспорта

Собянин подвел главные итоги 2024 года для столицы


Провал года: почему посыпался асфальт на Московской и как решить проблему

Источник 360.ru: автобус и легковушка столкнулись на Боровском шоссе Москвы

Собянин: строительство моста через Нагатинский затон завергится в 2025 году

«Москвич» вне конкуренции: какие машины соперничали с первым массовым автомобилем


Александр Цыбульский принял участие в пленарном заседании инвестиционного форума «Россия зовёт!»

LIVE: Путин проводит заседание Совета по стратегическому развитию и национальным проектам

Собянин доложил Путину о реализации нацпроектов

Оренбуржцы выйдут на паркет благотворительного бала в Кремле


Постковидный синдром: что делать, если болезнь прошла, но симптомы остались




Естественный иммунитет не вырабатывается: Онищенко сообщил о необходимости ревакцинации от кори

VisionLabs и «Лаборатория новых продуктов» представили робособак с компьютерным зрением

Сеть клиник «Будь Здоров» вошла в ТОП-20 крупнейших медицинских компаний России по версии журнала Forbes Россия

В Москве растет интерес к дистанционным покупкам лекарств на фоне ОРВИ


Зеленский заявил о намерении вмешаться в ситуацию в Грузии

Британский дипломат: Русские могут получить Киев только в виде руин

Зеленский введёт санкции против Грузии за разгон протестов

Депутат Чепа заявил, что команда Ермака, вероятно, разочарована встречей с Уайлс


Пять новейших трендов в благоустройстве новостроек

КХЛ-2024/25. СКА — «Динамо Москва». Прямая трансляция: смотреть онлайн

Росгвардейцы обеспечили безопасность на спортивных мероприятиях в Москве

Эксперт: реконструкция СК «Олимпийский» — один из амбициозных проектов Москвы


Лукашенко: торговля РФ и Белоруссии в 2024 году может достигнуть почти $60 млрд

Главы Белоруссии и России не будут принимать заявления о развитии СГ

Путин и Лукашенко обсудят укрепление обороны России и Белоруссии

Лукашенко встретится с госсеретарем СГ



Собянин поздравил ветеранов с годовщиной контрнаступления в битве под Москвой

Собянин: Открытие ВСМ Москва — Петербург увеличит пассажиропоток между городами

Собянин доложил Путину о реализации нацпроектов

Сергей Собянин: Юбиляр — человек сложной, но удивительной судьбы


«Метриум»: На страже комфорта

Наталья Сергунина: Гранты мэра Москвы для НКО с начала года помогли воплотить более 240 инициатив

Сергунина рассказала о проектах столичных НКО

Hybrid представил первый в России рейтинг виртуальных миров


В Домодедово прошла большая встреча-форум бизнес-сообщества округа и представителей администрации

В Тульской области представили корону из балета «Лебединое озеро»

Контрнаступление... Как это было в декабре 1941-го

Эксперт рассказал об улучшении качества повседневной жизни в Новой Москве


Костомукшские пауэрлифтеры вернулись из Коми с медалями первенства СЗФО

Какой будет погода на Новый год, спрогнозировали синоптики

Беспроводной сканер штрих-кодов SAOTRON P05i промышленного класса

Собянин: Этапы строительства Рублево-Архангельской линии завершатся в 2026-2027


Выставка-память «Пропавшие без вести, но не забытые», ко Дню Неизвестного солдата

Час мужества "Их подвиг жив, неповторим и вечен"

Беседа-рекомендация «Это важно знать»

Беседа-рекомендация «Это важно знать»


В ЮАО открылось 20 катков с искусственным льдом

Качество работы управляющей компании «Квартал» проверят в Балашихе

В Тульской области представили корону из балета «Лебединое озеро»

Путин вручил премию «Волонтер года» Марии Карпенко из Курской области












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
WTA

WTA сообщила Зарине Дияс плохую новость






В ЮАО открылось 20 катков с искусственным льдом

Контрнаступление... Как это было в декабре 1941-го

Собянин доложил Путину о стратегическом развитии и национальных проектах

Жители столичного Бутова пытаются спасти замерзающего лебедя