La tecnología de navegación robótica explorará las profundidades del océano

El robot sumergible Orpheus está siendo desarrollado por el Instituto Oceanográfico Woods Hole y el JPL para explorar las profundidades del océano de forma autónoma. Orpheus utiliza navegación basada en visión que funciona de manera similar a cómo navega el Ingenuity Mars Helicopter durante el vuelo.

El sumergible puede explorar las profundidades más extremas del océano, creando mapas 3D del fondo marino. El Orpheus, que se muestra en esta foto durante una expedición anterior, es mucho más pequeño que otros sumergibles, lo que facilita su transporte y operación.

La navegación relativa al terreno ayudó a Perseverance a aterrizar y a Ingenuity a volar de forma autónoma en Marte. Ahora es el momento de probar un sistema similar mientras explora otra frontera.

El 14 de mayo, el barco Okeanos Explorer de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) partirá de Puerto Cañaveral en Florida en una expedición de dos semanas dirigida por NOAA Ocean Exploration, que presentará la demostración tecnológica de un vehículo submarino autónomo. Llamado Orpheus, esta nueva clase de robot sumergible exhibirá un sistema que lo ayudará a encontrar su camino e identificar características científicas interesantes en el fondo marino.

La navegación relativa al terreno fue fundamental para ayudar al rover Mars 2020 Perseverance Mars de la NASA a aterrizar con precisión en el Planeta Rojo el 18 de febrero. El sistema permitió que el robot descendiente trazara un mapa visual del paisaje marciano, identificara los peligros y luego eligiera un lugar seguro. aterrizar sin ayuda humana. De manera similar, el Ingenuity Mars Helicopter de la agencia utiliza un sistema de navegación basado en la visión para rastrear las características de la superficie en el suelo durante el vuelo para estimar sus movimientos a través de la superficie marciana.

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Desarrollada por ingenieros del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, una evolución de la navegación basada en la visión que se ha utilizado en Marte ahora se someterá a una prueba un poco más cerca de casa: frente a la costa este de EE. UU. en el Océano Atlántico.

Normalmente, se necesitaría un equipo de búsqueda de ubicación de gran potencia y alta potencia, como un sonar, para navegar en las aguas oscuras y, a menudo, turbias cerca del lecho marino. Al utilizar un sistema de cámaras y luces de bajo consumo, junto con un software avanzado, Orpheus es un orden de magnitud más ligero que la mayoría de los sumergibles de aguas profundas. Más pequeño que un quad y con un peso aproximado de 550 libras (250 kilogramos), Orpheus está diseñado para ser ágil, fácil de operar y resistente mientras explora profundidades inaccesibles para la mayoría de los vehículos.

La demostración de la tecnología Orpheus se llevará a cabo a bordo del barco Okeanos Explorer de la NOAA. Después de partir de Puerto Cañaveral en Florida el 14 de mayo, la expedición de dos semanas explora las aguas de la costa este de EE. UU.

Diseñado por la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI) en colaboración con JPL, Orpheus puede trabajar sin ataduras en casi cualquier lugar del océano, incluidas las profundidades más extremas. En última instancia, el equipo del proyecto espera ver un enjambre de estos robots submarinos trabajando en equipo para construir mapas en 3D de las vastas regiones del suelo oceánico inexplorado en la zona hadal, regiones a más de 20 000 pies (6 000 metros). Pero antes de que el robot pueda explorar estas profundidades, primero debe ponerse a prueba en aguas menos profundas.

Buceando en el futuro

"Esta demostración técnica se utilizará para recopilar datos para demostrar la viabilidad de la navegación relativa al terreno en el océano y, al mismo tiempo, mostrar cómo varios robots operarán juntos en entornos extremos", dijo Russell Smith, ingeniero mecánico de robótica en JPL. "Estas pruebas nos pondrán en camino para comenzar futuras inmersiones en la zona hadal y buscar de manera inteligente regiones emocionantes de alta actividad biológica".

Explore una galería de prototipos de robots de última generación que se están desarrollando para futuras exploraciones planetarias.

La versión de navegación basada en la visión de Orpheus se llama odometría visual-inercial, o xVIO, y funciona mediante el uso de un sistema de cámaras avanzadas y un software de coincidencia de patrones junto con instrumentos que pueden medir con precisión su orientación y movimiento. A medida que Orpheus viaja por el lecho marino, xVIO identifica características, como rocas, conchas y corales, debajo del vehículo. Al igual que recordar puntos de referencia durante un viaje por carretera, xVIO construirá mapas en 3D utilizando estas características como puntos de referencia para ayudarlo a navegar. Pero este sistema es más que un simple medio para evitar que el robot sumergible se pierda.

Los mapas de alta resolución que crea xVIO se almacenan en la memoria para que cuando Orpheus regrese al área, reconozca la distribución única de las características y las use como punto de partida para expandir su exploración. Y cuando se trabaja con compañeros robóticos, los mapas se pueden compartir, hacer referencias cruzadas y desarrollar para identificar rápidamente áreas de interés científico.

"En el futuro, algunos de los ambientes oceánicos más extremos estarán a nuestro alcance. Desde fosas oceánicas profundas hasta fumarolas hidrotermales, hay muchos destinos nuevos que exploraremos", dijo Andy Klesh, ingeniero de sistemas también en JPL. "Al mantenernos pequeños, hemos creado una herramienta nueva y simplificada para los científicos oceánicos, una que beneficia directamente a la NASA como un sistema analógico para la exploración espacial autónoma".

Pero Klesh señaló otra virtud de la colaboración entre la NASA y organizaciones como WHOI y NOAA, con su amplia experiencia oceanográfica: las tecnologías que se están desarrollando para explorar los océanos de la Tierra con vehículos submarinos autónomos inteligentes, pequeños y resistentes podrían aprovecharse en última instancia para explorar los océanos en otros mundos

Los análogos de la Tierra se utilizan a menudo como sustitutos ambientales de otros lugares del sistema solar. Por ejemplo, la luna Europa de Júpiter posee un océano subterráneo que podría albergar condiciones favorables para la vida.

"En las profundidades hadales de la Tierra, las presiones son aproximadamente equivalentes al fondo del océano subterráneo de Europa, que se cree que tiene unos 80 kilómetros [50 millas] de profundidad", dijo Tim Shank, el biólogo que dirige el programa HADEX (Hadal Exploration) de WHOI. "Es algo profundo pensar que esta expedición podría ser el trampolín hacia nuevos descubrimientos sobre nuestro propio planeta, incluida la respuesta a la pregunta más fundamental: ¿Es la vida única en la Tierra, o hay otros lugares más allá de este punto azul pálido donde la vida podría han surgido? Pero antes de que podamos explorar Europa o cualquier otro mundo oceánico, primero tenemos que entender mejor nuestro propio hogar".

Para obtener más información sobre la demostración de la tecnología, consulte:

https://oceanexplorer.noaa.gov/okeanos/explorations/ex2102/welcome.html

Ian J. O'Neill

Laboratorio de Propulsión a Chorro, Pasadena, California.

818-354-2649

[email protected]

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