Menembak di Luar Bulan: Para Ilmuwan "Paruh Waktu" Bertujuan untuk Mengembangkan Autonomous Rover agar Bersaing untuk Lunar X PRIZE


Beberapa orang mencoba memanfaatkan waktu luang mereka dengan berolahraga, menjadi sukarelawan, atau sekadar mengisi ulang baterai mereka. Yang lain suka menggunakan waktu itu untuk membangun robot yang bisa diledakkan ke bulan dan kemudian dibebaskan untuk menjelajah lanskap bulan. Sekelompok insinyur dan peneliti yang menyebut diri mereka Tim Part-Time Para ilmuwan telah memilih yang terakhir, dan sedang membangun rover bulan bernama Asimov mereka berharap akan memenangkan Google Lunar X PRIZE yang didambakan pada awal 2014

Beberapa orang mencoba memanfaatkan waktu luang mereka dengan berolahraga, menjadi sukarelawan, atau sekadar mengisi ulang baterai mereka. Yang lain suka menggunakan waktu itu untuk membangun robot yang bisa diledakkan ke bulan dan kemudian dibebaskan untuk menjelajah lanskap bulan. Sekelompok insinyur dan peneliti yang menyebut diri mereka Tim Part-Time Para ilmuwan telah memilih yang terakhir, dan sedang membangun rover bulan bernama Asimov mereka berharap akan memenangkan Google Lunar X PRIZE yang didambakan pada awal 2014.
Seperti namanya, setidaknya setengah dari 100 anggota Ilmuwan Paruh-Waktu menahan pekerjaan penuh-waktu di perusahaan industri atau universitas. Mereka bersaing melawan 25 tim lain untuk menjadi yang pertama mendaratkan robot penjelajah di bulan dan membawanya menempuh jarak 500 meter di atas permukaan, mengirimkan gambar dan data definisi tinggi kembali ke Bumi saat mereka pergi.
Paruh-waktu Tujuan para ilmuwan adalah mewakili semua tim yang memasuki kompetisi — mereka bertujuan untuk sesuatu yang lebih tahan lama daripada hadiah pertama senilai $ 20 juta. Setelah membimbing Asimov melampaui batas 500 meter, tim berencana untuk mengubah bajak menjadi mode otonom untuk sisa penjelajahan bulannya, menjadikannya bot pertama yang dibuat oleh siapa saja untuk bernavigasi di bulan tanpa campur tangan manusia. Selain itu, tim berencana untuk menjadi yang pertama menggunakan unit pemrosesan grafis ultra cepat (GPU) —dikenal karena kemampuannya membuat grafik yang rumit untuk permainan video dan simulasi ilmiah — untuk membantu sistem komando yang terikat Bumi, kendaraan pendarat Asimov dan mungkin Asimov sendiri mengumpulkan, menilai, dan bertindak berdasarkan informasi sedekat mungkin dengan waktu nyata.
Perjalanan otonom adalah bagian dari strategi Ilmuwan Paruh Waktu untuk merancang dan menguji teknologi baru yang dapat memengaruhi tidak hanya perjalanan bulan di masa depan tetapi juga upaya antarplanet lainnya. "Kami tidak ingin mengembangkan sesuatu yang spesifik untuk bulan yang pada akhirnya tidak ada gunanya bagi orang lain, " kata pendiri tim Robert Böhme, yang bekerja sebagai penasihat keamanan dunia maya untuk pemerintah Jerman di Berlin. "Kami ingin membawa teknologi yang berguna bersama kami dan mengujinya di bulan, yang merupakan salah satu alasan robot penjelajah akan beroperasi secara mandiri."
Tim lain sedang mengembangkan teknologi otonom untuk alasan yang sama, termasuk Astrobotic Technology, Inc., yang dipimpin oleh pembuat bot legendaris William "Red" Whittaker, dan Juxtopia Urban Robotics Brilliant Application National (JURBAN) organisasi riset nirlaba. Sistem pendaratan Astrobotic akan menavigasi secara mandiri dengan menyelaraskan data waktu nyata dari kamera dan laser dengan citra satelit bulan yang ada. Sementara itu, JURBAN, seperti Part-Time Scientists, sedang mendesain bajak dengan kemampuan otonom.
Pergi untuk touchdown
Semua pesaing Lunar X PRIZE memiliki akses ke gambar dan data yang dikumpulkan oleh Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) NASA serta dari perjalanan berawak sebelumnya ke bulan. Meski begitu, Asimov tidak akan benar-benar mengetahui medan spesifik yang perlu dilintasi hingga mendarat di permukaan bulan, kata Wesley Faler, kepala pengembang perangkat lunak tim. Berbasis di dekat Detroit, pekerjaan harian Faler adalah menulis perangkat lunak, termasuk program untuk Badan Perlindungan Lingkungan AS.
"Dalam beberapa menit terakhir sebelum mendarat, kita akan mendapatkan sejumlah besar data video dari bulan, " kata Faler. Selain itu, kendaraan pendaratan yang akan menurunkan Asimov di permukaan memiliki sensor umpan balik kekuatan terintegrasi yang dapat menganalisis komposisi tanah di sekitar area pendaratan. "Kami berharap kombinasi data visual dan taktil ini akan [menghasilkan] tingkat detail bulan yang belum pernah terjadi sebelumnya, " katanya.
Asimov akan mendarat di suatu tempat di sekitar lokasi Apollo 17, yang memiliki tanah halus dan beberapa batu besar yang mungkin menghambat kemajuan bajak. "Kami memiliki algoritme yang menghitung kepadatan batu yang menunjukkan bahwa kami dapat melakukan banyak penjelajahan tanpa mengalami masalah, seperti terjebak berusaha untuk berkeliling [batu], " kata Böhme. Banyak dari apa yang diketahui para ilmuwan tentang situs ini berasal dari misi asli serta flyover LRO.
Terlepas dari semua persiapan yang dilakukan untuk pendaratan di bulan, tim tidak dapat sepenuhnya yakin di mana penemu mereka benar-benar akan mendarat. "Kami mengandalkan data resolusi relatif rendah sebelum misi dan kemudian mungkin menemukan bahwa ada benjolan di sana yang akan mengarah ke pendarat, " kata Faler. Böhme menambahkan, "Anda perlu membuat penyesuaian saat Anda pergi, dan untuk membuat penyesuaian itu Anda memerlukan informasi."
Pindah, bajak
GPU harus memberi Asimov keuntungan berbeda dari rover sebelumnya, bahkan yang dimiliki NASA di Mars. Para penemu di sana telah melakukan yang terpuji sejak mendarat di Planet Merah pada tahun 2004, tetapi Spirit (ketika itu beroperasi) dan Peluang (yang masih aktif) harus sering berhenti untuk mengumpulkan, menilai dan bertindak berdasarkan informasi tentang lingkungan mereka, kata Böhme. Rover membutuhkan hampir tiga menit untuk memproses sepasang gambar — penundaan yang menyebabkan mereka bergerak dengan kecepatan rata-rata sekitar satu sentimeter per detik.
Bekerja dengan Institut Robotika dan Mekatronika Pusat Dirgantara Jerman, Part-Time Scientists telah menambahkan sistem navigasi penjelajah otonom dengan kapasitas untuk memproses beberapa gambar per detik. Lembaga ini terkenal dengan sejumlah proyek penelitian, termasuk sistem robot seluler "Justin", yang dirancang untuk melakukan operasi otonom jangka panjang — meskipun terra firma — dan Verifikasi Komponen Robotika pada proyek ISS (ROKVIS) di Ruang Antariksa Internasional Stasiun untuk mempelajari robot yang digunakan di luar angkasa.
Sistem navigasi Asimov menggunakan kamera stereo untuk, dengan tidak adanya Sistem Penentuan Posisi Global yang hanya dapat digunakan di Bumi, menghitung secara real-time gerakannya sendiri, menghasilkan model 2, 5 dimensi dari lingkungannya, mengevaluasi model ini dan mengejar jalan paling tidak mungkin berakhir dengan tabrakan. "Lingkungan 2, 5-D terdiri dari poligon datar yang terletak di pita jarak terpisah, " jelas Faler. "Pertimbangkan mengemudi di sepanjang jalan dengan pohon-pohon di dekatnya dan pegunungan di kejauhan. Dalam 2.5-D, semua pohon dan gunung berada pada jarak yang sama, dalam satu bidang datar." Jika Anda ingin lebih dekat dengan satu pohon tertentu, misalnya, pohon itu akan mengambil dimensi tambahan sedangkan pohon lainnya akan terus terlihat datar. Untuk navigasi, jumlah data ini cukup dan secara drastis mengurangi daya komputasi yang diperlukan, catat Faler.
GPU memandu jalan
Part-Time Scientists memiliki beberapa GPU dari NVIDIA Corp. Komputer berbasis GPU akan memainkan beberapa peran kunci, termasuk pemfilteran gambar dalam perjalanan melalui ruang dan pada permukaan bulan; pemetaan cepat berdasarkan data sensor dan video; menghitung lintasan terbaik ke lokasi pendaratan; dan mengoptimalkan komunikasi dengan bajak meskipun ada sinyal bulan-Bumi yang tertunda beberapa detik sekali jalan. Prosesor GPU juga akan menganalisis sinyal frekuensi radio di bulan, yang permukaannya sebagian besar terdiri dari bahan logam yang mengganggu sinyal ini. Ini akan membantu tim menentukan frekuensi terbaik untuk digunakan untuk komunikasi pasca-pendaratan.
Meskipun rinciannya belum semuanya berhasil, Böhme berharap untuk mengintegrasikan GPU ke dalam sistem komputer pendarat dan mengatakan GPU lain dapat dipasang di bajak itu sendiri. GPU apa pun yang digunakan di Asimov tidak akan dinyalakan sampai setelah rover mencapai tonggak 500 meter dan memulai operasi otonom. "Ada minat yang tinggi dalam membuat GPU pada bajak mungkin, tetapi ada kemungkinan bahwa karena alasan teknis seperti berat, perisai dan manajemen suhu kita mungkin harus hanya berpegang pada GPU hanya pada pendarat, " kata Böhme.
Manusia belum mengoperasikan teknologi di permukaan bulan dalam empat dekade, dan elektronik saat ini jauh lebih canggih — dan halus — daripada yang digunakan dalam misi Apollo, kata Böhme. Seperti peralatan lainnya, GPU yang dikirim di pendaratan bulan atau Asimov perlu dikeraskan, yang mencakup pelindung terhadap radiasi serta komponen manajemen termal untuk melindunginya dari kisaran suhu bulan ekstrim.
Böhme mengakui bahwa akan mungkin untuk memenuhi kebutuhan misi apa pun tanpa menggunakan GPU, tetapi menekankan bahwa salah satu tujuan timnya adalah untuk menekan batas teknologi yang tersedia dan bahkan membantu menurunkan biaya perjalanan ruang angkasa. "Tidak ada yang bisa diperoleh dengan satu tembakan, misi yang sangat mahal ke bulan jika tidak bertindak sebagai proksi untuk serangkaian teknologi baru, " katanya.

Gletser Greenland Yang Stabil Sekali Wajah Meleleh dengan CepatBisakah Microgrid Melindungi Pasukan AS di Afghanistan?Berita dari Down UnderPakta Perdagangan Pasifik Akan Berarti Harga Obat Tinggi, Laporan BerkataCicadas yang berkeliaran di Pantai Timur AS adalah Veteran Perubahan IklimBiner Lubang Hitam Raksasa Terlihat di Galaxy's CoreBanyaknya Planet: Pencarian Galactic Menemukan Planet Terbuka Lebih Biasa Daripada BintangObrolan langsung pada jam 1 siang EDT tentang Reformasi Perawatan Kesehatan dan Keputusan Mahkamah Agung