Algunos científicos sueñan con explorar planetas con naves espaciales "inteligentes" que sepan exactamente qué datos buscar, dónde encontrarlos y cómo analizarlos. Aunque hacer realidad ese sueño llevará tiempo, los avances logrados con el rover Perseverance de la NASA en Marte ofrecen pasos prometedores en esa dirección.
Durante casi tres años, la misión del rover ha estado probando una forma de inteligencia artificial que busca minerales en las rocas del planeta rojo. Esta es la primera vez que se utiliza la IA en Marte para tomar decisiones autónomas basadas en el análisis en tiempo real de la composición de las rocas.
El software es compatible con PIXL (Instrumento Planetario para la Litoquímica de Rayos X), un espectrómetro desarrollado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. Al mapear la composición química de los minerales en la superficie de una roca, PIXL permite a los científicos determinar si la roca se formó en condiciones que podrían haber apoyado la vida microbiana en el pasado antiguo de Marte.
Llamado "muestreo adaptativo", el software posiciona de forma autónoma el instrumento cerca de un objetivo rocoso, luego observa los escaneos de PIXL del objetivo para encontrar minerales que valgan la pena examinar más profundamente. Todo se hace en tiempo real, sin que el rover hable con los controladores de la misión en la Tierra.
"Utilizamos la IA de PIXL para centrarnos en la ciencia clave", dijo la investigadora principal del instrumento, Abigail Allwood del JPL. "Sin él, verías un indicio de algo interesante en los datos y luego tendrías que volver a escanear la roca para estudiarla más. Esto permite a PIXL llegar a una conclusión sin que los humanos examinen los datos".
Los datos de los instrumentos de Perseverance, incluido PIXL, ayudan a los científicos a determinar cuándo perforar un núcleo de roca y sellarlo en un tubo de metal de titanio para que, junto con otras muestras de alta prioridad, pueda llevarse a la Tierra para su posterior estudio como parte de la campaña de retorno de muestras de Marte de la NASA.
El muestreo adaptativo no es la única aplicación de la IA en Marte. A unos 3.700 kilómetros (2.300 millas) de Perseverance se encuentra el Curiosity de la NASA, que fue pionero en una forma de IA que permite al rover eliminar rocas de forma autónoma con un láser basado en su forma y color. El estudio del gas que se quema después de cada descarga láser revela la composición química de una roca. Perseverance cuenta con esta misma habilidad, así como una forma más avanzada de IA que le permite navegar sin una dirección específica desde la Tierra. Ambos rovers todavía dependen de docenas de ingenieros y científicos para planificar el conjunto de cientos de comandos individuales de cada día, pero esta inteligencia digital ayuda a ambas misiones a hacer más en menos tiempo.
"La idea detrás del muestreo adaptativo de PIXL es ayudar a los científicos a encontrar la aguja dentro de un pajar de datos, liberando tiempo y energía para que se concentren en otras cosas", dijo Peter Lawson, quien dirigió la implementación del muestreo adaptativo antes de retirarse del JPL. "En última instancia, nos ayuda a recopilar la mejor ciencia más rápidamente".
Uso de la IA para posicionar PIXL
La IA ayuda a PIXL de dos maneras. En primer lugar, coloca el instrumento justo una vez que el instrumento está en las proximidades de un objetivo rocoso. Ubicado en el extremo del brazo robótico de Perseverance, el espectrómetro se asienta sobre seis diminutas patas robóticas, llamadas hexápodo. La cámara de PIXL comprueba repetidamente la distancia entre el instrumento y un objetivo de roca para ayudar con el posicionamiento.
Los cambios de temperatura en Marte son lo suficientemente grandes como para que el brazo de Perseverance se expanda o contraiga una cantidad microscópica, lo que puede desviar la puntería de PIXL. El hexápodo ajusta automáticamente el instrumento para acercarlo excepcionalmente sin entrar en contacto con la roca.
"Tenemos que hacer ajustes en la escala de micrómetros para obtener la precisión que necesitamos", dijo Allwood. "Se acerca lo suficiente a la roca como para erizar los pelos de la nuca de un ingeniero".
Hacer un mapa de minerales
Una vez que PIXL está en posición, otro sistema de IA tiene la oportunidad de brillar. PIXL escanea un área de una roca del tamaño de un sello postal, disparando un haz de rayos X miles de veces para crear una cuadrícula de puntos microscópicos. Cada punto revela información sobre la composición química de los minerales presentes.
Los minerales son cruciales para responder preguntas clave sobre Marte. Dependiendo de la roca, los científicos podrían estar a la caza de carbonatos, que ocultan pistas sobre cómo el agua pudo haber formado la roca, o pueden estar buscando fosfatos, que podrían haber proporcionado nutrientes para los microbios, si es que alguno estuvo presente en el pasado marciano.
No hay forma de que los científicos sepan de antemano cuál de los cientos de descargas de rayos X revelará un mineral en particular, pero cuando el instrumento encuentra ciertos minerales, puede detenerse automáticamente para recopilar más datos, una acción llamada "permanencia prolongada". A medida que el sistema mejora a través del aprendizaje automático, la lista de minerales en los que PIXL puede centrarse con una permanencia prolongada crece.
"PIXL es una especie de navaja suiza en el sentido de que se puede configurar dependiendo de lo que los científicos estén buscando en un momento dado", dijo David Thompson, del JPL, quien ayudó a desarrollar el software. "Marte es un gran lugar para probar la IA, ya que tenemos comunicaciones regulares todos los días, lo que nos da la oportunidad de hacer ajustes en el camino".
Cuando las futuras misiones viajen más profundamente en el sistema solar, estarán fuera de contacto más tiempo del que las misiones actualmente en Marte. Es por eso que existe un gran interés en desarrollar una mayor autonomía para las misiones a medida que deambulan y realizan ciencia para el beneficio de la humanidad.
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