NASA zeigt: Perseverance fährt dank KI-Wegpunkten 456 Meter autonom

KI-Wegpunkte für Perseverance: die Demonstration

Im Dezember hat die NASA einen weiteren kleinen, aber wichtigen Schritt in Richtung autonomer Roverfahrten auf Planetenoberflächen gemacht.

Bei einer Demonstration liess das Perseverance-Team eine KI die Wegpunkte für die Fahrtplanung erstellen. Perseverance nutzte diese KI-Wegpunkte an zwei unterschiedlichen Tagen und legte dabei insgesamt 456 Meter ohne direkte 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 schwieriges Gelände zu reagieren und die wissenschaftliche Ausbeute zu erhöhen, je grösser die Entfernung zur Erde wird. Es ist ein starkes Beispiel dafür, wie Teams neue Technologie sorgfältig und verantwortungsvoll in echten Einsätzen anwenden."

Warum Autonomie auf dem Mars nötig ist

Der Mars ist weit entfernt. Für ein Hin-und-zurück-Signal zwischen Erde und Mars braucht es rund 25 Minuten. Das bedeutet: Rover sind zwangsläufig jeweils für kurze Zeit auf sich allein gestellt.

Diese Verzögerung bestimmt auch, wie Routen geplant werden. Roverfahrerinnen und Roverfahrer auf der Erde prüfen Bildmaterial und Höheninformationen und programmieren anschliessend eine Reihe von Wegpunkten, die in der Regel nicht weiter als 100 Meter auseinanderliegen.

Der Fahrplan geht dann an das Deep-Space-Netzwerk (DSN) der NASA. Von dort wird er zu einem von mehreren Orbitern gesendet, die die Daten schliesslich an Perseverance weiterleiten.

Von Orbitdaten zur sicheren Route

Für die gezeigte Demonstration wertete die KI Orbitalaufnahmen aus, die die HiRISE-Kamera des Mars-Aufklärungsorbiters (MRO) aufgenommen hatte, sowie digitale Geländemodelle. Die KI basiert auf Claude von Anthropic. Sie erkannte Gefahrenstellen wie Sandfallen, Blockfelder, freiliegendes Grundgestein und felsige Aufschlüsse. Danach berechnete sie eine Route, die über eine Abfolge von Wegpunkten definiert ist und diese Risiken umgeht.

Ab diesem Punkt übernahm das Auto-Navigationssystem von Perseverance. Im Vergleich zu früheren Rovern verfügt es über mehr Eigenständigkeit und kann Bilder sowie Fahrpläne sogar während der Bewegung verarbeiten.

Testläufe im Mars Yard: der VSTB-Zwilling

Bevor die Wegpunkte überhaupt an Perseverance übertragen wurden, stand jedoch noch ein weiterer Schritt an: Am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA gibt es einen "Zwilling" von Perseverance, den sogenannten "Fahrzeugsystem-Teststand" (VSTB) im Mars Yard des JPL.

Dabei handelt es sich um ein technisches Ingenieurmodell, mit dem das Team auf der Erde Probleme analysieren und lösen kann – oder eben Vorhaben wie diese Demonstration absichert. Solche Ingenieurversionen sind bei Marsmissionen üblich; auch für Curiosity existiert am JPL ein entsprechendes Modell.

"Die grundlegenden Elemente generativer KI zeigen grosses Potenzial, um die Säulen autonomer Navigation für Fahrten ausserhalb der Erde zu verschlanken: Wahrnehmung (die Felsen und Rippel erkennen), Lokalisierung (wissen, wo wir sind) sowie Planung und Kontrolle (den sichersten Weg bestimmen und ausführen)", sagte Vandi Verma, Robotikerin für Weltraumsysteme 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 Kilometerbereich zu bewältigen, während die Arbeitslast der Operatoren minimiert wird, und unserer Wissenschaftsgruppe interessante Oberflächenmerkmale melden, indem sie riesige Mengen an Roverbildern durchsuchen."

Nächste Hürden: Re-Lokalisierung mit KI

KI wird in unserem Alltag schnell allgegenwärtig und taucht teils auch dort auf, wo der Nutzen nicht besonders klar ist.

Hier geht es allerdings nicht darum, dass die NASA einem Trend folgt. Aus Notwendigkeit entwickelt sie schon seit längerer Zeit Systeme zur automatischen Navigation. Tatsächlich ist bei Perseverance die autonome Selbstnavigation die wichtigste Art, wie der Rover fährt.

Ein wesentlicher Grund, warum vollständig autonomes Fahren dennoch schwierig bleibt, ist die wachsende Unsicherheit, wenn der Rover ohne menschliche Hilfe unterwegs ist: Je länger er fährt, desto ungenauer wird sein Wissen darüber, wo er sich auf der Oberfläche befindet.

Abhilfe schafft eine erneute Lokalisierung des Rovers auf seiner Karte. Im Moment übernehmen das Menschen. Das kostet jedoch Zeit, unter anderem wegen eines vollständigen Kommunikationszyklus zwischen Erde und Mars. In der Summe begrenzt das, wie weit Perseverance ohne Unterstützung fahren kann.

NASA und JPL arbeiten deshalb auch daran, dass Perseverance sich mit KI selbst neu lokalisieren kann. Das grösste Hindernis ist dabei, Orbitalbilder mit den bodennahen Aufnahmen des Rovers zuverlässig zur Deckung zu bringen. Vieles deutet darauf hin, dass KI gezielt dafür trainiert werden wird und diese Aufgabe besonders gut lösen kann.

Blick nach vorn: Mars, Titan und KI-gestützte Schwärme

Dass KI in der planetaren Exploration künftig deutlich wichtiger wird, gilt als absehbar. Ein nächster Marsrover könnte sich stark von den heutigen Systemen unterscheiden – mit weiter entwickelter autonomer Navigation und zusätzlichen KI-Funktionen. Bereits existieren Konzepte, bei denen ein Rover einen Schwarm fliegender Drohnen aussetzt, um die Erkundungsreichweite auf dem Mars zu vergrössern. Solche Schwärme würden per KI koordiniert, damit sie gemeinsam und autonom arbeiten.

Nicht nur die Marsforschung dürfte davon profitieren. Auch die Dragonfly-Mission der NASA zum Saturnmond Titan soll KI umfassend einsetzen: nicht nur für autonome Navigation, wenn das Rotorfluggerät umherfliegt, sondern ebenso für die autonome Kurierung und Aufbereitung der Daten.

"Stellen Sie sich intelligente Systeme vor – nicht nur am Boden auf der Erde, sondern auch in randnahen Anwendungen in unseren Rovern, Helikoptern, Drohnen und anderen Oberflächenelementen –, trainiert mit der gebündelten Erfahrung unserer NASA-Ingenieure, Wissenschaftler und Astronauten", sagte Matt Wallace, Leiter des Exploration Systems Office am JPL.

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

Dieser Artikel wurde ursprünglich von Universum Heute veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.