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



Певица RIIJI выпустила яркий дебютный трек

Известны первые финалисты конкурса малых грантов для социальных предпринимателей

Певица RIIJI выпустила яркий дебютный трек

Певица RIIJI выпустила яркий дебютный трек


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

На новогоднем банкете не хватает только Вас

Врачи поликлиники Яреги требуют смены главврача из-за грубости: в Минздраве его называют грамотным специалистом и рекомендуют коллективу поработать с медицинским психологом

В Нижегородской области создали шесть маршрутов для зимнего туризма


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

Bigg Boss 18: Shalini Passi's grand entry stirs up drama amid housemates; Vivian, Karan, Chum and others deal with her tantrums and fancy demands

Shark Tank India 4 set to go on floors in January 2025 with a new Shark; Amit Jain, Deepinder Goyal and Radhika Gupta not on the panel

Kaun Banega Crorepati 16: Amitabh Bachchan recalls an anecdote about freedom fighter Vijaya Laxmi Pandit relating to Contestant Mintu Sarkar's struggles


На трассе под Орлом лоб в лоб столкнулись легковушка и грузовик. Один из водителей попал в больницу

Дирижабль / Zeppelin

Певица RIIJI выпустила яркий дебютный трек

Свердловские следователи проверят информацию о вывозе детей за границу


Marvel Rivals players are complaining that nobody is playing healer, and the grizzled Overwatch vets knowingly nod in solidarity

Silent Hill и "Черепашки-ниндзя": топ-10 худших игр года по отзывам на Metacritic

«Подводим итоги»: Как прошёл первый день релиза Marvel Rivals?

Delta Force has a list of tech it'll ban you to the shadowrealm for using, including the usual cheating software but also way weirder stuff like 'USB drives'


Інтернет-магазин GARNA: ваш вибір професійної косметики


Певица RIIJI выпустила яркий дебютный трек

Певица RIIJI выпустила яркий дебютный трек

В Москве названы победители литературной премии имени В.К. Арсеньева за 2024 год

Певица RIIJI выпустила яркий дебютный трек




«Желтый» уровень опасности погоды объявили в Московском регионе из-за гололедицы

"Нас поставили на колени": Бунт врачей скорой помощи — людей вынуждают увольняться, чтобы расчистить места для мигрантов

От иконы – к шкатулке: как рождалась палехская миниатюра

Цены на корпоративы в Казани выросли, но свободных дат в ресторанах уже нет


Самый большой каток в мире заработал в Санкт-Петербурге

Правоохранители провели рейд в связи с ЛГБТ-вечеринкой в арт-пространстве «Явление» в Петербурге

"Нас поставили на колени": Бунт врачей скорой помощи — людей вынуждают увольняться, чтобы расчистить места для мигрантов

Производство мыла и косметики выросло в Москве


Кириос о том, что, собирая идеального игрока, выбрал свой IQ: «Не знаю, доходил ли кто-то еще до финала «Уимблдона» без тренера»

Экс-теннисист Ольховский назвал победу Нарди над Джоковичем сенсацией года

Новак Джокович сделал выбор между Месси и Неймаром

WTA направила предостережения теннисисткам после скандала с Бадосой


Асбестовские учителя стали лучшими в российских конкурсах

"Нас поставили на колени": Бунт врачей скорой помощи — людей вынуждают увольняться, чтобы расчистить места для мигрантов

Правоохранители провели рейд в связи с ЛГБТ-вечеринкой в арт-пространстве «Явление» в Петербурге

Пожар потушили в квартире на юго-западе Москвы


Музыкальные новости

Спустя 127 лет работы закрылась фабрика, производящая конфеты в честь Моцарта

Певица RIIJI выпустила яркий дебютный трек

Дочь Майкла Джексона выходит замуж: кто жених

Самойлова о решении конфликтов с Джиганом: «Подкаблучник — лучший муж»



Певица RIIJI выпустила яркий дебютный трек

Певица RIIJI выпустила яркий дебютный трек

Певица RIIJI выпустила яркий дебютный трек

В Москве названы победители литературной премии имени В.К. Арсеньева за 2024 год


В Самаре представители Росгвардии стали лауреатами общественной губернской акции «Благородство»

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

В Пензе состоится «прямая линия» по вопросу трудоустройства на службу в Росгвардию

КХЛ. «Динамо» Москва — «Металлург». Прямая трансляция: смотреть онлайн


МЧС РФ предупредило москвичей о сильном снегопаде и гололедице

Собянин поздравил Центр организации дорожного движения Москвы с 25-летием

Трое детей пострадали в результате столкновения автобуса и автомобиля в Москве

Источник 360.ru: автобус попал в ДТП в Москве, пострадали дети


Клишас раскрыл сигнал, посланный РФ Западу размещением «Орешника» в Белоруссии

Спроси у Путина. Мандарины едут к нам. "Устраняя зимнюю скользкость". Круиз в Махачкалу. А ну их, дома эти!

Россиянам рассказали, как задать вопрос на прямой линии с Путиным

«Президентский штандарт»: мистическую картину с Путиным выставили на продажу за 10 млн рублей





Два человека попали в больницу после взрыва китайского смартфона в ТЦ Москвы

Педиатр Купцова рассказала об опасности микоплазменной пневмонии

"Нас поставили на колени": Бунт врачей скорой помощи — людей вынуждают увольняться, чтобы расчистить места для мигрантов

В Щербинке начали строить детско-взрослую поликлинику



РПЛ. «Спартак» — «Пари НН». Прямая трансляция матча, смотреть онлайн

Московское «Динамо» представило новую форму

КХЛ. «Динамо» Москва — «Металлург». Прямая трансляция: смотреть онлайн

Артур Давтян выиграл многоборье на Кубке Воронина в Москве


Лукашенко рассказал, как уговорил Путина поставить "Орешник" Белоруссии

Гамов - в прямом эфире Радио «КП» из Минска: Об «Орешнике», гимне, гербе и флаге Союзного государства

Александр Лукашенко приехал на спортивно-развлекательное шоу "Время наших побед" в "Минск-Арене"

Лукашенко и Путин в Минске утвердили Концепцию безопасности Союзного государства



Завершена реставрация сказочного терема на Тверской улице — Сергей Собянин

Собянин: Центр "Профессии будущего" помогает освоить любую из 75 специальностей

Собянин поздравил Центр организации дорожного движения Москвы с 25-летием

Собянин: Завершена реставрация Саввинского подворья на Тверской улице


В Севастополе прошла итоговая высадка деревьев в рамках акции "Сохраним лес"

РЭО установит елку желаний в ходе церемонии награждения на Зеленой Премии

Пока Москва погружается в сугробы, у нас в Крыму снег — явление редкое, его можно занести в Красную книгу полуострова

Заповедный Кавказ получил премию "Экопозитив-2024"


Асбестовские учителя стали лучшими в российских конкурсах

Юрий Подоляка в свежей сводке от 08.12.2024 сообщил о том, ВС РФ серьёзно продвинулись в ходе штурма Шевченко под Покровском

Пожар потушили в квартире на юго-западе Москвы

Состоятельные россияне массово отказываются от обоев в своих квартирах


В Архангельске наградили лауреатов региональной премии «Юрист года»

Костомукшские пауэрлифтеры вернулись из Коми с медалями первенства СЗФО

VIII-й Arctic open зажег в Архангельске

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


Машина повисла в воздухе: иномарка рухнула в подземный переход в Симферополе

Калмыкия может открыть авиарейсы в Петербург, Казань, Екатеринбург и Улан-Удэ

Какие рынки в Крыму закроются из-за новых законов

Алупка частично останется без электричества: в Симферополе, Евпатории, Алуште, Ялте, Керчи, Джанкое, Феодосии и Севастополе отключат свет 6 декабря 2024


Производство мыла и косметики выросло в Москве

Синоптики предупредили москвичей о снежной погоде 8 декабря

В рамках новой правительственной программы студенческие общежития заменят квартирами

Следователи раскрыли совершенное 25 лет назад убийство в Москве












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
Елена Рыбакина

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






Голодные игры: бизнес взял подготовку айтишников в вузах в свои руки

Состоятельные россияне массово отказываются от обоев в своих квартирах

В столице хотят проводить конкурсы для мотивации дворников

Следователи раскрыли совершенное 25 лет назад убийство в Москве