Un prototipo de rover, con un nuevo diseño para sortear terrenos accidentados, está ayudando a los equipos a perfeccionar capacidades que podrían utilizarse en futuras misiones lunares y a Marte.
En una desolada extensión del desierto de Colorado, en el sur de California, un rover compacto de cuatro ruedas recorrió recientemente unos 26 kilómetros (16 millas) con una mínima intervención del equipo de ingenieros que lo seguía. Este prototipo, llamado ERNEST (Exploration Rover for Navigating Extreme Sloped Terrain), está siendo utilizado por la NASA para avanzar tanto en la autonomía robótica como en la capacidad de atravesar paisajes difíciles.
Desarrollado en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, ERNEST mide 1,2 metros (4 pies) de largo. No solo puede levantar cada una de sus ruedas de malla para superar obstáculos que dificultarían el paso a Curiosity y Perseverance, los rovers de seis ruedas de la NASA que exploran Marte, sino que el prototipo también cuenta con capacidades mejoradas de toma de decisiones autónomas. Estos avances en movilidad y autonomía podrían incorporarse a futuras misiones que se aventuren a zonas previamente inaccesibles del Planeta Rojo o la Luna.
En el terreno, ERNEST sirvió como banco de pruebas para una posible misión lunar futura que requeriría velocidades más altas y una distancia mucho mayor que la que pueden recorrer los vehículos exploradores actuales. Esta tecnología podría utilizarse para optimizar los diseños de futuras misiones de exploración en la Luna y más allá.
“Estas pruebas nos están ayudando a perfeccionar el hardware de movilidad y el software de autonomía para recorrer distancias extremas en una amplia variedad de terrenos y condiciones de iluminación, tal como se prevé en la Luna”, declaró Issa Nesnas, tecnólogo principal del JPL, quien dirigió las recientes pruebas como jefe de autonomía para un concepto de misión de la NASA destinado a un posible futuro rover lunar de largo alcance.
El equipo de Nesnas está utilizando ERNEST para demostrar la posibilidad de construir un rover del doble de tamaño que el prototipo, capaz de realizar una misión lunar de larga distancia. Durante la reciente campaña, ERNEST alcanzó velocidades de hasta 1 km/h (0,6 mph) durante 37 horas de conducción, a lo largo de siete días de pruebas intermitentes. Esto representa un orden de magnitud superior a la velocidad máxima que pueden alcanzar Perseverance y Curiosity.
“Con este vehículo se podría realizar una expedición científica a través de la Luna —o Marte—”, afirmó James Keane, científico planetario del JPL que trabaja en misiones lunares.
El objetivo inicial del equipo que desarrolló ERNEST era mecánico: diseñar un rover relativamente sencillo y de bajo costo que mejorara el fiable sistema de suspensión de balancín-bogie presente en todos los rovers marcianos desde el Sojourner de la NASA. Este sistema pasivo mantiene un peso relativamente constante en las seis ruedas, gracias a puntos de pivote y puntales que permiten que cada una se adapte a la superficie cambiante.
En ERNEST, la suspensión activa permite al rover gestionar la distribución del peso entre sus ruedas. Dos articulaciones motorizadas en la parte delantera articulan un cardán que permite al rover desplazarse mediante diferentes tipos de marcha, como el deslizamiento lateral, el desplazamiento sobre las ruedas y la escalada de obstáculos. Mediante un mecanismo de embrague, puede alternar entre la suspensión activa y la pasiva, que es menos apta para terrenos difíciles pero más eficiente energéticamente. Con cuatro ruedas direccionales, puede desplazarse en cualquier dirección, incluso lateralmente.
“Partimos de la premisa de que podíamos mejorar el diseño de un sistema robótico de movilidad para superficies planetarias”, afirmó Hari Nayar, tecnólogo principal del JPL y líder del equipo ERNEST. “Si bien el sistema de balancín-bogie ha tenido mucho éxito en los últimos 30 años, durante ese tiempo se ha investigado mucho sobre movilidad y la interacción con el terreno”.
Antes de llegar a la versión actual de ERNEST, el equipo construyó dos prototipos, de aproximadamente 60 cm de largo cada uno, para probar 11 configuraciones de suspensión activa. En un remolque lleno de un simulador de regolito lunar, realizaron experimentos con diferentes ángulos de inclinación durante varios meses antes de llegar al diseño final.
Posteriormente, el equipo amplió el sistema, añadiendo una cabeza rectangular montada en un mástil de 1,4 metros de altura. El hardware se completó en septiembre de 2024, pero el rover aún requería un operador humano que lo controlara mediante un joystick, enviando comandos para indicarle cómo sortear los obstáculos.
Para entrenar al rover para que aprendiera por sí mismo, el equipo de ERNEST recurrió al aprendizaje por refuerzo, un tipo de inteligencia artificial en la que el robot aprende interactuando con su entorno. El Laboratorio de Simulación Dinámica y en Tiempo Real del JPL desarrolló un entorno de pruebas virtual de alta fidelidad que reproduce el comportamiento del rover. El equipo alimentó el simulador con datos recopilados por ingenieros que documentaron la respuesta del hardware real del rover a diversos tipos de terreno. En un clúster de computación de alto rendimiento, el equipo ejecutó numerosas simulaciones simultáneamente, llegando a completar miles de horas de pruebas en un solo fin de semana.
Tras meses de entrenamiento virtual, el equipo de ERNEST estaba listo para comprobar si el rover podía utilizar sus nuevos algoritmos autónomos para sortear obstáculos que detendrían a un rover con suspensión pasiva. Instalaron una pista de obstáculos con ondulaciones de arena, montones de escombros, escalones y pendientes pronunciadas en el Mars Yard del JPL, un campo de pruebas de terreno al aire libre. Luego observaron cómo el rover maniobraba por el terreno de forma autónoma. Desde entonces, ERNEST ha completado numerosas pistas de este tipo.
El equipo de Nayar está iniciando un nuevo proyecto de autonomía que consiste en integrar la capacidad del rover para determinar cuándo y cómo usar su suspensión activa con la navegación inteligente de largo alcance. El objetivo es que ERNEST pueda planificar una ruta eficiente para superar obstáculos manejables y evitar los peligrosos. Estas capacidades podrían contribuir a posibles futuras misiones de rovers que se enfrenten a paisajes formidables en Marte o a zonas más accidentadas de la Luna.
El trabajo en ERNEST, que comenzó en 2022, fue financiado inicialmente con fondos internos de investigación y desarrollo del JPL. Actualmente, recibe financiación del Programa de Exploración de Marte de la NASA y de la Oficina de Estrategia e Integración de la Ciencia de la Exploración de la agencia, perteneciente a su Dirección de Misiones Científicas en la sede central de la NASA en Washington. Caltech, en Pasadena, California, gestiona el JPL para la NASA.
Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech