NASA testa o rover ERNEST para navegar terreno extremo na Lua e em Marte

As agências espaciais pretendem investigar zonas que os rovers actuais simplesmente não conseguem alcançar. Encostas muito inclinadas, cristas rochosas, solo solto e percursos longos continuam a ser obstáculos importantes na Lua e em Marte.

Para ultrapassar estas limitações, engenheiros da NASA têm vindo a testar um novo rover, concebido para actuar com mais autonomia e para atravessar terrenos difíceis de formas que os veículos planetários existentes não conseguem replicar.

O rover concluiu recentemente um exigente ensaio de campo no Deserto do Colorado, no sul da Califórnia. Ao longo de sete dias de testes intermitentes, percorreu cerca de 26 km com muito pouca intervenção dos engenheiros que o acompanhavam no terreno.

À escala terrestre, este valor pode parecer modesto; no entanto, para um rover planetário, representa um avanço relevante rumo a deslocações muito mais extensas, com capacidade para lidar sozinho com paisagens complexas.

Rover ERNEST construído para terreno duro

O veículo experimental chama-se ERNEST, sigla de Exploration Rover for Navigating Extreme Sloped Terrain.

Desenvolvido no Laboratório de Propulsão a Jacto (JPL) da NASA, no sul da Califórnia, este rover compacto tem cerca de 1,2 m de comprimento e foi criado para validar novas abordagens de mobilidade e navegação autónoma.

Ao contrário dos rovers actualmente em Marte, Curiosity e Perseverance, o ERNEST consegue elevar individualmente cada uma das suas rodas em malha, superando obstáculos que travariam muitos conceitos tradicionais de rover.

O seu sistema de quatro rodas também lhe permite deslocar-se em mais do que uma direcção - incluindo lateralmente -, o que aumenta a margem de manobra quando o solo é irregular.

O objectivo do projecto é apoiar futuras missões a chegar a locais que, até agora, permanecem fora de alcance. Entre esses destinos estão regiões lunares acidentadas, zonas marcianas de grande inclinação e outros ambientes exigentes no Sistema Solar.

Deslocações mais rápidas para exploração futura

Um dos principais focos por trás do ERNEST é a distância. Missões lunares futuras podem precisar de veículos capazes de viajar muito mais longe e com maior rapidez do que os rovers actuais.

Na campanha de testes mais recente, o ERNEST atingiu velocidades até 1,0 km/h e acumulou 37 horas de condução. Isto corresponde a cerca de dez vezes mais do que as velocidades máximas de operação do Curiosity e do Perseverance.

“Este teste está a ajudar-nos a afinar o hardware de mobilidade e o software de autonomia para navegar distâncias extremas numa grande variedade de condições de terreno e de iluminação previstas para a Lua”, afirmou Issa Nesnas, tecnólogo principal no JPL que liderou os testes mais recentes.

Nesnas e a sua equipa estão a usar o protótipo para demonstrar que um rover maior, com aproximadamente o dobro do tamanho do ERNEST, poderá vir a apoiar missões de exploração de longa distância na Lua.

“Com este veículo, podia fazer uma viagem científica pela Lua – ou por Marte”, disse James Keane, cientista planetário do JPL que trabalha em missões lunares.

ERNEST vai além dos desenhos já comprovados

Desde a aterragem do rover Sojourner em Marte, em 1997, os rovers da NASA têm recorrido a um sistema de suspensão conhecido por balancim-bogie. O conceito demonstrou ser extremamente fiável, permitindo manter estabilidade em superfícies irregulares.

O ERNEST parte dessa base, mas acrescenta novas funcionalidades. A sua suspensão activa consegue redistribuir o peso entre as rodas e alterar a forma de deslocação do rover consoante o tipo de terreno.

Os engenheiros desenharam-no para executar vários estilos de movimento, como “caminhar” com as rodas, subir obstáculos e realizar movimentos de contorção.

Um mecanismo de embraiagem permite alternar entre a suspensão activa e um modo passivo mais simples. No modo passivo, o consumo energético é menor; no modo activo, a capacidade de lidar com terreno difícil aumenta quando as condições assim o exigem.

“Começámos por admitir que podíamos fazer melhor no desenho de um sistema de mobilidade robótica para superfícies planetárias”, afirmou Hari Nayar, tecnólogo principal do JPL que lidera a equipa do ERNEST.

“Embora o sistema de balancim-bogie tenha sido muito bem-sucedido nos últimos 30 anos, nesse período houve muita investigação sobre mobilidade e sobre a compreensão da interacção com o terreno.”

O rover toma decisões por conta própria

O hardware foi apenas uma parte do desafio. A equipa também quis que o ERNEST passasse a decidir mais por si, em vez de depender de instruções humanas constantes.

Para isso, recorreu à aprendizagem por reforço, um tipo de inteligência artificial que permite a uma máquina aprender através da interacção com o ambiente.

Antes de o deixar operar de forma autónoma, os engenheiros treinaram-no intensamente num sistema virtual de testes desenvolvido pelo Laboratório de Dinâmica e Simulação em Tempo Real do JPL.

O simulador reproduziu o comportamento do rover com base em dados do mundo real recolhidos em ensaios físicos. Em seguida, foram executadas milhares de horas de simulações em computadores de alto desempenho, por vezes concentrando um volume enorme de testes num único fim-de-semana.

Após meses de treino, o rover enfrentou percursos com ondulações de areia, amontoados de detritos, degraus e encostas íngremes dentro da instalação de testes Mars Yard do JPL. O ERNEST conseguiu atravessar o terreno sem orientação humana e, desde então, completou muitos outros percursos semelhantes.

Preparação para missões futuras

A equipa está agora a trabalhar para tornar o rover ainda mais inteligente. Melhorias futuras permitirão ao ERNEST decidir não só como utilizar a suspensão, mas também como planear percursos eficientes ao longo de longas distâncias.

Isto implica reconhecer quais os obstáculos que consegue transpor em segurança e, ao mesmo tempo, contornar perigos que poderiam comprometer a missão.

Estas capacidades poderão ajudar rovers futuros a alcançar locais de elevado interesse científico que, actualmente, são vistos como demasiado difíceis ou arriscados para explorar.

À medida que as agências espaciais apontam para missões lunares mais longas e para uma exploração mais profunda de Marte, veículos como o ERNEST poderão ter um papel determinante.

Quanto maior for a distância que um rover consegue percorrer e quanto mais independente for a sua operação, maior será a porção de outro mundo que os cientistas poderão estudar.