El vehículo autónomo más exitoso de la historia se encuentra actualmente en Marte

¿Alguna vez se ha preguntado por qué a su coche de alta gama le cuesta aparcar en un garaje bien iluminado mientras una máquina a 140 millones de millas de distancia navega por un campo de rocas sin ayuda humana? Esta pregunta es el núcleo del último hito del rover Perseverance. Mientras las empresas tecnológicas en la Tierra discuten sobre el software de mantenimiento de carril y los sensores LIDAR, un robot de seis ruedas está estableciendo silenciosamente récords de distancia en un planeta sin carreteras, sin GPS y sin talleres de reparación.

Perseverance aterrizó en el cráter Jezero en febrero de 2021. Desde entonces, se ha transformado de un experimento científico en el viajero más prolífico de la historia de la exploración de Marte. El vehículo está en camino de superar la marca de los 45,16 kilómetros. Esta distancia es significativa porque supera el récord de vida del rover Opportunity. Opportunity fue una máquina legendaria que sobrevivió durante casi 15 años. Perseverance está alcanzando ese mismo hito en aproximadamente un tercio del tiempo. Esta eficiencia es el resultado de un cambio fundamental en la forma en que pensamos sobre la maquinaria autónoma.

Un cerebro construido para el movimiento constante

Para entender por qué el Perseverance es mucho más rápido que sus predecesores, tenemos que mirar bajo el capó su potencia de procesamiento. Steven Lee es el director del proyecto del rover Perseverance en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. Señala que el principal motor de este éxito es el sistema de autonavegación. En la Tierra, los coches autónomos dependen de enormes servidores en la nube y mapas de alta definición precargados. El Perseverance no tiene nada de eso. Tiene que tomar decisiones en tiempo real utilizando su propio hardware a bordo.

El rover dispone de un conjunto de cámaras sofisticadas que captan el terreno que tiene por delante. Los algoritmos procesan entonces estas imágenes para encontrar un camino seguro a través de peligros como rocas dentadas y pozos de arena blanda. Esto suena sencillo, pero el requisito de procesamiento es inmenso. Cada segundo que el rover pasa pensando es un segundo que no se mueve. Para las generaciones anteriores de rovers, este tiempo de pensamiento era un gran cuello de botella. Perseverance soluciona esto utilizando un Elemento de Cómputo de Visión dedicado. Este hardware permite al rover procesar imágenes y planificar su ruta mientras sus ruedas siguen girando.

En términos cotidianos, los rovers anteriores eran como un excursionista que tiene que detenerse y mirar un mapa de papel cada diez pasos. Perseverance es como un excursionista que puede consultar su teléfono mientras sigue caminando. Esta capacidad de pensar y moverse al mismo tiempo es la razón por la que el 90 por ciento de la distancia total del rover es ahora autónoma. Ya no espera a que un piloto humano en la Tierra envíe un conjunto específico de instrucciones de conducción por cada metro de trayecto.

Superando las limitaciones de los noventa

Mirando el panorama general, el salto en el rendimiento es un ejemplo clásico de cómo la Ley de Moore acaba llegando al mundo especializado de la exploración espacial. El rover Curiosity es esencialmente un gemelo del Perseverance en tamaño y forma. Sin embargo, Curiosity es mucho más lento. Solo un 10 por ciento de su conducción es autónoma. La razón de esta brecha es la antigüedad de su ordenador. Curiosity se lanzó en 2011 con un chipset que tenía sus raíces a finales de la década de 1990.

El hardware calificado para el espacio es notoriamente lento porque debe estar endurecido contra la radiación intensa. Este proceso de endurecimiento a menudo significa utilizar diseños más antiguos y estables en lugar de los últimos chips de consumo. El ordenador de Curiosity es tan lento que no puede conducir y procesar imágenes simultáneamente. Debe detenerse, tomar una foto, pasar varios minutos calculando los siguientes metros y luego moverse. Este ciclo hace que los viajes de larga distancia sean un proceso tedioso. En más de 15 años en Marte, Curiosity ha recorrido unos 38,6 kilómetros. Perseverance está superando esa marca en una fracción del tiempo porque su hardware (ligeramente) más moderno es finalmente lo suficientemente rápido como para seguir el ritmo de sus ruedas.

Incluso con esta velocidad, el rover no es exactamente un corredor de carreras. Su velocidad máxima de rueda es de aproximadamente 150 metros por hora. Para un humano, esto es un gateo muy lento. Pero para un robot en otro planeta, este progreso constante y estable supone un cambio de juego para la ciencia.

Por qué el movimiento constante cambia la ciencia

Vivian Sun es la científica adjunta del proyecto para la misión. Explica que esta capacidad de conducción es un multiplicador de fuerzas para su investigación. Cuando un rover puede moverse más rápido, los científicos pueden soñar a lo grande. En misiones anteriores, una característica geológica distante podría considerarse fuera de alcance porque se tardaría meses o años en llegar allí. Con el Perseverance, esos objetivos distantes están ahora a una distancia de desplazamiento razonable.

Perseverance está explorando actualmente el cráter Jezero. Este sitio es una mina de oro para los geólogos porque contiene algunas de las rocas más antiguas del sistema solar. Estas rocas tienen casi 4.000 millones de años. Datan de una época en la que los planetas interiores todavía estaban bajo un intenso bombardeo de asteroides. En la Tierra, la tectónica de placas y el clima han destruido casi todas las rocas de esta época. En Marte, simplemente están depositadas en la superficie.

Los científicos creen que esta zona fue en su día un enorme lago con un delta fluvial. Si alguna vez existió vida en Marte, aquí es donde estarían las pruebas. La capacidad del rover para desplazarse de un lugar a otro ha permitido al equipo investigar más terreno en persona que cualquier misión anterior. El robot llega a menudo a los nuevos lugares de estudio antes de lo previsto. Esto da al equipo más tiempo para perforar muestras de núcleos y analizar la química del suelo.

Rediseñando la rueda para un maratón

La velocidad y la inteligencia son inútiles si el vehículo se desmorona. Uno de los puntos de fallo más comunes de los rovers de Marte son las ruedas. Marte está cubierto de rocas volcánicas afiladas que actúan como cuchillos contra el fino aluminio. Tras unos años en el planeta, las ruedas del Curiosity empezaron a mostrar importantes agujeros y desgarros. Estos daños obligaron a los operadores a conducir con más cuidado y a evitar ciertos tipos de terreno.

Para el Perseverance, los ingenieros volvieron a la mesa de dibujo. Rediseñaron el patrón de la banda de rodadura y aumentaron el grosor del aluminio. Hasta ahora, los resultados son excelentes. No hay signos del desgaste que plagó a la generación anterior. El equipo también está trabajando para certificar los actuadores de las ruedas —los motores que las hacen girar— para al menos 100 kilómetros de recorrido.

El rover es también un maestro de la gestión de recursos. Funciona con un Generador Termoeléctrico de Radioisótopos Multi-Misión. Este dispositivo convierte el calor de la desintegración del plutonio en electricidad. No depende de paneles solares, por lo que no tiene que preocuparse por las tormentas de polvo o el cambio de estaciones. No tiene lubricantes ni consumibles que puedan agotarse. Es un explorador autónomo, alimentado por energía nuclear, construido para durar décadas.

Qué significa esto para los conductores en la Tierra

En términos prácticos, el éxito del Perseverance proporciona un modelo para la autonomía en entornos difíciles. La mayor parte de nuestros progresos en tecnología de conducción autónoma en la Tierra se centran en entornos muy estructurados, como autopistas y calles urbanas. Suponemos que habrá líneas claras en la carretera y un mapa fiable en la nube. Perseverance demuestra que podemos construir sistemas que funcionen en ausencia de toda esa infraestructura.

Esta tecnología tiene beneficios tangibles para industrias como la minería, la agricultura y la búsqueda y rescate. En una mina derrumbada o en una granja remota, no hay internet de alta velocidad y el terreno cambia cada día. La lógica utilizada por el Elemento de Cómputo de Visión —donde el vehículo detecta y se mueve en un bucle continuo— es exactamente lo que necesitan estas industrias. Nos aleja de la dependencia de la nube y nos acerca a la computación en el borde (edge computing), donde la máquina es lo suficientemente inteligente como para gestionar sus propios problemas.

En última instancia, la travesía récord del Perseverance es algo más que una cifra de distancia en una hoja de cálculo. Es un cambio en la filosofía de la robótica. Estamos pasando de máquinas que son marionetas controladas a distancia a máquinas que son verdaderos socios en la exploración. A medida que el rover continúa ascendiendo por el cráter Jezero, nos enseña a construir herramientas más resistentes, independientes y útiles para nuestras propias vidas.

Detrás de la jerga de los actuadores y los elementos de visión, la lección es sencilla. La forma más fiable de navegar por un mundo desordenado e impredecible es tener el hardware necesario para pensar sobre la marcha. Ya sea en la superficie de Marte o en una obra en el Mojave, el objetivo es el mismo. El éxito se encuentra en la capacidad de seguir avanzando mientras el mundo cambia a tu alrededor.

Fuentes

• NASA Jet Propulsion Laboratory mission status reports
• Perseverance rover technical specifications for the Mars 2020 mission
• Interviews with project manager Steven Lee and scientist Vivian Sun
• Historical performance data for the Curiosity and Opportunity rovers