Marikh Menguji Autonomi Robot, Bukan Lagi Manipulasi dalam Simulasi

Marikh ialah antara ujian paling mencabar untuk autonomi robot. Isyarat komunikasi antara Bumi dan Marikh mengambil kira-kira 3 hingga 22 minit sehala, malah gangguan komunikasi yang lebih lama juga boleh berlaku. 1719 Dalam keadaan ini, kawalan seperti mengemudi kenderaan menggunakan kayu ria secara langsung tidak lagi praktikal. Penjelajah Marikh perlu mentafsir persekitaran, memilih tindakan yang selamat dan menangani ketidakpastian biasa tanpa menunggu arahan manusia bagi setiap gerakan kecil.

Namun, perkara yang diuji Marikh lebih khusus daripada soalan besar seperti: “Bolehkah robot mempelajari segala kemahiran hanya melalui simulasi?” Marikh boleh menunjukkan sejauh mana robot mampu melakukan kerja berguna menggunakan model awal, penderia di atas kapal dan keputusan tempatan apabila data terhad, latihan semula mengambil masa dan kegagalan mungkin tidak dapat dipulihkan.

Apa yang sebenarnya diuji di Marikh?

Marikh membezakan antara penyeliaan peringkat tinggi dengan pelaksanaan peringkat rendah. Pasukan misi memilih sasaran saintifik, menetapkan kekangan dan merancang laluan umum. Selepas itu, penjelajah perlu mengendalikan sendiri kitaran jangka pendek yang merangkumi persepsi, perancangan, kawalan dan pengelakan bahaya.

Ini ialah ujian bermakna untuk autonomi di bawah kelewatan komunikasi dan ketidakpastian. Tetapi ia bukan ujian murni untuk menentukan sama ada robot boleh mempelajari kemahiran fizikal sewenang-wenangnya tanpa pernah mengambil sampel di persekitaran sasaran. Pergerakan, manipulasi dan pembaikan melibatkan bentuk ketidakpastian yang berbeza. Di Marikh pula, peluang untuk mengulangi eksperimen selepas kegagalan amat sedikit.

Curiosity dan Perseverance menunjukkan nilai produktiviti autonomi

Curiosity dan Perseverance menggunakan reka bentuk mobiliti yang berkait rapat, termasuk kelajuan maksimum roda nominal yang sama, iaitu kira-kira 4.2 sentimeter sesaat. Namun, Perseverance menggabungkan pengkomputeran atas kapal, kamera dan perisian navigasi yang dipertingkatkan dengan pelaksanaan pemanduan autonomi yang lebih berkeupayaan. 1

Navigasi autonomi Curiosity lazimnya memerlukan penjelajah berhenti, mengambil imej stereo, memprosesnya dan memilih laluan yang selamat. Dalam 2,500 sol pertamanya—“sol” ialah satu hari Marikh—jarak pemanduan median Curiosity kira-kira 28 meter, dan ia hanya melepasi 100 meter sebanyak 18 kali. 2

Sistem AutoNav Perseverance pula membina peta tiga dimensi tempatan, mengenal pasti bahaya geometri dan merancang semula laluan di sekitar halangan tanpa memerlukan Bumi menentukan setiap segmen laluan. 37 Dalam kempen pemanduan pantas, Perseverance merekodkan pemanduan sejauh 528.7 meter merentasi beberapa sol di bawah satu pelan, diikuti pemanduan sambungan sejauh 699.9 meter yang dilakukan tanpa input manusia tentang laluan pemanduan selama tiga sol. 5 Dalam satu perjalanan merentasi kawasan berbatu, NASA melaporkan bahawa penjelajah itu menyelesaikan laluan tersebut dalam kira-kira satu pertiga daripada masa yang dijangka diperlukan oleh penjelajah Marikh terdahulu. 6

Perbandingan ini bukan eksperimen terkawal yang sempurna kerana kedua-dua penjelajah berbeza bukan sahaja dari segi perisian, tetapi juga pengkomputeran, sistem pengimejan dan sistem misi. Namun, ia tetap menunjukkan prinsip operasi yang penting: apabila robot boleh membuat keputusan tempatan dengan selamat, kelewatan komunikasi tidak lagi menjadi kitaran arahan-dan-tunggu yang berterusan.

Pengajarannya ialah kawalan penyeliaan, bukan kebebasan robot sepenuhnya

Perseverance tidak menghapuskan peranan manusia. Manusia masih menentukan perkara yang penting untuk dikaji, tahap risiko yang boleh diterima dan hala tuju umum penjelajah. Autonomi mengurus pelaksanaan tempatan supaya matlamat itu dapat dicapai dengan lebih cekap.

Seni bina ini amat berguna apabila robot tidak boleh diselamatkan atau dihantar semula dengan pantas. Daripada menghantar setiap pembetulan dari Bumi, pengendali memberikan matlamat dan “pagar keselamatan”. Robot kemudian menggunakan penderia serta model atas kapalnya untuk memilih tindakan dalam had tersebut.

Justeru, bukti yang ada menyokong kesimpulan praktikal: autonomi boleh meningkatkan aktiviti berguna dan jumlah sains yang boleh dicapai bagi setiap sol untuk tugasan yang mempunyai skop jelas, seperti pemanduan yang mengelakkan bahaya. Ia belum membuktikan bahawa sistem sama boleh melakukan manipulasi fizikal secara selamat dalam pelbagai keadaan.

Mengapa kejayaan memandu bukan bukti manipulasi sim-to-real?

Pemanduan memang sukar, tetapi sebahagian besar masalahnya boleh dihuraikan melalui geometri: mengenal pasti bentuk muka bumi, menganggar bahaya dan gelinciran, kemudian memilih laluan yang berhati-hati. Tugasan yang melibatkan sentuhan fizikal adalah berbeza.

Menggali, mengambil sampel, menyambung alat, membuka mekanisme, memasang struktur atau membaiki peralatan bergantung pada daya dan sifat bahan yang sukar disimpulkan hanya daripada rupa. Sistem manipulasi mungkin perlu meramalkan kelenturan bahan, geseran, aliran bahan berbutir, kehausan, kelonggaran mekanikal, interaksi alat dengan regolit serta pelbagai mod kegagalan.

Marikh menambahkan lagi ketidakpastian itu. Graviti permukaannya sekitar 0.37 hingga 0.38 graviti Bumi, atmosferanya nipis dan sebahagian besarnya terdiri daripada karbon dioksida, manakala permukaannya sejuk, kering dan dilitupi regolit yang berubah-ubah. 333536 Bahan teknikal NASA turut mengenal pasti cas elektrostatik sebagai kebimbangan dalam tanah Marikh yang kering dan mempunyai kerintangan tinggi. Habuk bercas boleh terkumpul pada permukaan dan menimbulkan bahaya. 3334

Habuk bukan sekadar mengganggu pandangan. Penyelidikan berkaitan NASA menyatakan bahawa habuk yang mendap pada panel solar penjelajah boleh mengurangkan kecekapannya dengan teruk sehingga operasi berterusan terancam. 34 Simulator yang berjaya menghasilkan rupa bumi yang meyakinkan—atau membuat keputusan navigasi yang baik—masih mungkin tersasar dalam meramalkan daya sentuhan, pemindahan haba, lekatan habuk atau kemerosotan komponen yang menentukan kejayaan manipulasi.

Ukuran kejayaan mesti berdasarkan hasil fizikal

Dakwaan bahawa “simulasi boleh mengendalikan manipulasi di Marikh” memerlukan lebih daripada persekitaran digital yang kelihatan meyakinkan atau demonstrasi yang berjaya dalam tugasan berkaitan. Ujian penentu ialah sama ada model itu boleh meramalkan hasil yang diukur pada sistem fizikal dan dalam keadaan yang tidak digunakan semasa pembinaan model.

Antara ukuran yang penting ialah:

• daya dan tork ketika alat bersentuhan dengan permukaan;
• gelinciran roda, pemendapan dan cengkaman merentasi jenis tanah yang berbeza;
• interaksi alat dengan regolit serta aliran bahan berbutir;
• tingkah laku terma pada tekanan dan suhu yang menyerupai Marikh;
• lekatan habuk dan kemerosotan prestasi penderia;
• kehausan komponen, kelonggaran mekanikal dan perubahan geseran; serta
• taburan kejayaan tugasan, pemulihan dan kegagalan.

Sehingga model menunjukkan keserasian dengan ukuran tersebut merentasi keadaan muka bumi dan persekitaran yang berkaitan, prestasi navigasi tidak wajar dianggap sebagai bukti manipulasi sentuhan yang kukuh. Kesimpulan yang lebih tepat bukanlah simulasi tidak berguna, tetapi simulasi mesti ditentukur dengan realiti dan diuji secara berterusan terhadap kesilapan model.

Mengapa instrumen pendahulu ialah strategi yang munasabah?

Misi berperingkat boleh mengurangkan kos ketidakpastian. Penderia berharga lebih rendah atau instrumen peninjau boleh dihantar terlebih dahulu untuk mengukur parameter fizikal yang mengawal kegagalan. Data itu kemudiannya boleh mengemas kini model persekitaran, mengehadkan skop simulator dan mendedahkan keadaan yang masih berada di luar julat pengesahannya.

Robot yang lebih berkeupayaan boleh dihantar kemudian dengan dasar kawalan yang diuji terhadap ukuran yang diketepikan, bukan hanya terhadap data yang sama digunakan untuk membina model. Instrumen juga perlu terus mengukur persekitaran semasa operasi supaya sistem dapat mengesan apabila realiti mula menyimpang daripada andaian model.

Pendekatan ini tidak menggantikan Marikh dengan “kembar digital”. Sebaliknya, ia menggunakan sejumlah kecil ukuran yang dipilih dengan teliti untuk menjadikan model digital cukup boleh diramal bagi misi yang berisiko tinggi.

Bumi mungkin menjawab persoalan manipulasi terlebih dahulu

Lombong, pelantar luar pesisir, kemudahan nuklear dan kawasan bencana berkongsi banyak cabaran kejuruteraan yang menjadikan Marikh sukar: maklumat tidak lengkap, persekitaran berbahaya, sentuhan dengan bahan tidak seragam dan akibat kegagalan yang besar.

Bezanya, lokasi di Bumi membenarkan percubaan berulang, penggunaan instrumen yang lebih padat, pemulihan perkakasan yang gagal, gangguan terkawal serta perubahan perisian dan perkakasan yang pantas. Ini membolehkan kitaran lengkap dijalankan berkali-kali:

1. mengimbas dan membina semula persekitaran;
2. mensimulasikan tindakan yang berpotensi;
3. melatih atau merancang dasar kawalan;
4. melaksanakannya pada robot fizikal;
5. membandingkan hasil yang diramal dengan hasil sebenar; dan
6. mengemas kini model sebelum menguji semula.

Bukti daripada persekitaran ini boleh menunjukkan sama ada saluran autonomi dan simulasi tertentu cukup kukuh untuk berpindah antara lokasi. Namun, ia tidak menghapuskan keperluan penentukuran khusus Marikh kerana graviti, atmosfera, tanah, habuk dan keadaan terma di Bumi tidak sama dengan di Marikh.

Apa yang diumumkan 51WORLD—dan apa yang belum dibuktikan

Penerangan awam tentang AperOne oleh 51WORLD meletakkannya sebagai platform aplikasi AI berjasad yang beroperasi melalui kitaran pembinaan semula persekitaran, latihan, penilaian, pelaksanaan dan operasi. Satu laporan awam turut menyebut dakwaan pengesahan dalam persekitaran seperti lombong dan kilang. 50

Secara berasingan, 51WORLD mengumumkan kerjasama dengan Huantian Intelligence untuk membangunkan ECS-1, sebuah satelit penderiaan jauh komersial yang dicadangkan bagi menyokong latihan AI berasaskan fizik dan aplikasi simulasi. Pengumuman itu menerangkan projek tersebut sebagai kerjasama, bukan bukti bahawa sistem manipulasi sim-to-real bertaraf Marikh telah pun disahkan di orbit. 54

Pengumuman ini selari dengan strategi berperingkat: mengumpul data fizikal yang lebih kaya, membina persekitaran yang boleh digunakan dan menguji sistem berjasad sebelum meneruskan kepada penerapan paling sukar. Namun, bahan yang tersedia tidak membuktikan secara bebas prestasi manipulasi di Marikh, dan juga tidak membuktikan bahawa AperOne telah menyelesaikan robotik lombong secara umum. Dakwaan sedemikian memerlukan keputusan mengikut tugasan, protokol ukuran, data kegagalan dan perbandingan yang boleh diulang.

Kesimpulan paling kukuh

Marikh sudah menunjukkan bahawa autonomi atas kapal boleh mengubah produktiviti robot jarak jauh apabila tugasnya mempunyai sempadan yang jelas dan robot boleh menilai bahaya tempatan. Pemanduan autonomi Perseverance yang lebih jauh menunjukkan nilai beralih daripada arahan terperinci dari Bumi kepada kawalan penyeliaan. 456

Namun, Marikh belum menunjukkan bahawa simulasi sahaja boleh membekalkan pengetahuan fizikal yang diperlukan untuk manipulasi sentuhan yang boleh dipercayai. Laluan paling defensibel ialah proses berulang: ukur dahulu, tentukan model, uji ramalan terhadap keadaan sebenar yang diketepikan, ulangi proses dalam persekitaran Bumi yang boleh dipulihkan, dan hanya selepas itu percayakan robot berkeupayaan tinggi untuk tugasan berisiko besar di Marikh.

Dalam erti kata itu, Marikh bukan sekadar peperiksaan akhir untuk pembelajaran robot. Ia ialah persekitaran yang mendedahkan sama ada keseluruhan saluran sim-to-real telah benar-benar disahkan—atau sekadar kelihatan munasabah.