Perseverance تقترب من رقم قياسي في القيادة خارج الأرض مع تولّي الملاحة الذاتية معظم العمل

روفر ناسا على وشك تحطيم رقم المسافة القياسي

في وقت ما خلال الأسبوع المقبل، من المتوقع أن يتجاوز روفر Perseverance التابع لناسا مسافة 45.16 كيلومتر، أو 28.06 ميل، قُطعت على المريخ، ليصبح المركبة التي قطعت أطول مسافة على عالم آخر. وسيضعه هذا الإنجاز أمام Opportunity، الروفر المخضرم الذي انقطع اتصاله بناسا في عام 2018 بعد مسيرة ساعدت في تعريف استكشاف المريخ الحديث.

المسافة الخام مهمة، لكن القصة الأكبر هي كيف وصل Perseverance إلى هناك بهذه السرعة. فقد هبط الروفر على المريخ في فبراير 2021، ما يعني أنه يقترب من الرقم القياسي في نحو ثلث الوقت الذي احتاجه Opportunity. والفرق الحاسم ليس السرعة بالمعنى اليومي. فما يزال Perseverance آلة بطيئة وفق المقاييس الأرضية. أما الترقية الحاسمة فهي الاستقلالية.

وبحسب ستيفن لي، مدير مشروع Perseverance في ناسا، فإن نظام الملاحة الذاتية في الروفر كان التقنية التي جعلت ذلك ممكناً. وباستخدام الكاميرات والبرمجيات الموجودة على متن المركبة، يستطيع Perseverance تصوير التضاريس المحيطة به، ومعالجة هذه الصور محلياً، وحساب مسار آمن بينما يواصل الحركة. وقد حوّلت هذه القدرة قيادة الروفر من تمرين قائم على التوقف والتفكير إلى ما يشبه الحركة المستمرة.

روفر يمكنه التفكير بينما تدور عجلاته

تعتمد أنظمة القيادة الذاتية على الأرض عادةً على طرق محددة بوضوح، وخرائط شديدة التفصيل، وقواعد مرور. أما المريخ فلا يوفّر أيّاً من هذه التسهيلات. بدلاً من ذلك، يتعيّن على الروفر التعامل مع الصخور والمنحدرات الرملية والجرّ غير المضمون، ومع مشهد تكون فيه كل الطرق عملياً طرقاً وعرة خارج المسار. وهذا يجعل الحركة الذاتية أكثر صعوبة وأكثر أهمية في الوقت نفسه.

وتستمد Perseverance ميزتها من إعداد حوسبة أقوى على متنها يُسمّى Vision Compute Element. وقارن لي ذلك بالمعمارية الحاسوبية الأقدم في Curiosity، الروفر الذي أُطلق قبل تسع سنوات وما يزال نشطاً على المريخ اليوم. كان لدى Curiosity خوارزميات مرتبطة بالتصوير والملاحة، لكن عتاده كان أقل قدرة بكثير. ويرجع جزء من مجموعة الشرائح الخاصة به إلى تسعينيات القرن الماضي، ما حدّ من مقدار القيادة الذاتية التي كان يستطيع القيام بها عملياً.

والنتيجة هي انقسام تشغيلي حاد. فما يقرب من 10% فقط من قيادة Curiosity كانت ذاتية، لأن معالجته بطيئة جداً بحيث لا تدعم تخطيطاً واسع النطاق للمسار في الوقت الحقيقي. أما Perseverance، فقد قطعت نحو 90% من مسافتها بشكل ذاتي. وهذا لا يجعله سريعاً بالمعنى البشري. فأقصى سرعة لعجلاته لا تتجاوز نحو 150 متراً في الساعة. لكنه يجعله أكثر كفاءة. فلم يعد الروفر بحاجة إلى قضاء وقت طويل في التوقف لتقييم التضاريس قبل أن يتحرك من جديد.

ومن السهل تفويت هذا التحول إذا ركز المرء على السرعة القصوى فقط. على المريخ، يهم متوسط التقدم أكثر من السرعة القصوى. فالروفر القادر على التحرك بثبات وأمان لمسافات طويلة يمكنه قطع مسافة أكبر بكثير على مدى أشهر وسنوات من روفر يتوقف كثيراً لاتخاذ قرارات الملاحة. ولذلك فإن الرقم القياسي الوشيك لـ Perseverance هو إنجاز برمجي بقدر ما هو إنجاز ميكانيكي.

لماذا تغيّر القدرة على الحركة العلم

المسافة على المريخ ليست مجرد رقم استعراضي. فكل كيلومتر إضافي يوسّع نطاق الأهداف العلمية التي يمكن للروفر الوصول إليها، والقصة الجيولوجية التي يمكنه إعادة بنائها. وقد هبط Perseverance في فوهة جيزيرو، وهي موقع اختير لأنه يحفظ آثار نظام قديم من دلتا نهرية. وتشمل مهمة الروفر دراسة تلك الصخور، وجمع العينات، ومساعدة العلماء على فهم ما إذا كانت المنطقة قد وفّرت يوماً شروطاً مناسبة للحياة الميكروبية.

وتستفيد هذه المهمة مباشرةً من تحسين القيادة الذاتية. فالعلم على المريخ مقيد بالوقت والطاقة والتضاريس ونوافذ الاتصال مع الأرض. وإذا استهلك المزيد من ميزانية تشغيل الروفر في الحركة الحذرة، فسيقل ما يتبقى للوصول إلى النتوءات الصخرية، وتسلق المنحدرات، ووضع الأدوات في الأماكن الأكثر فائدة. ومن خلال تمكين الروفر من تولي جزء أكبر من إيجاد المسار بنفسه، تزيد الاستقلالية من نصف القطر العملي للاستكشاف.

كما يوضح هذا الإنجاز حقيقة أوسع بشأن استكشاف الكواكب: فالحوسبة أصبحت اليوم جزءاً من نظام الحركة. فلا تزال العجلات ونظام التعليق والمحركات مهمة، لكنها لم تعد تحدد الأداء بمفردها. لقد أصبحت القدرة على استشعار التضاريس، وتفسير المخاطر، واتخاذ قرارات المسار محلياً أمراً محورياً بالقدر نفسه. وبهذا المعنى، فإن رقم Perseverance القياسي لا يتعلق فقط بروفر تفوق على سابقيه، بل يتعلق أيضاً بتحول في طريقة تصميم المستكشفين الروبوتيين.

وقد يشكّل هذا التحول مهام المستقبل بعيداً عن المريخ أيضاً. فكلما أصبحت الوجهات أبعد أو أكثر تعقيداً على المستوى التشغيلي، صار تأخير الاتصال بين الأرض والمركبة سبباً أقوى للاعتماد على اتخاذ القرار داخل المركبة. والروبوت القادر على الملاحة وتحديد الأولويات والتكيّف دون انتظار تعليمات بشرية مستمرة يستطيع استغلال وقت المهمة النادر بكفاءة أكبر.

من روفر المريخ إلى ساحة اختبار للاستقلالية الميدانية

كما يبرز نجاح Perseverance جانباً من الاستقلالية مهمّاً على الأرض: قيمة الأنظمة التي تعمل في بيئات غير منظمة. فالسيارات ذاتية القيادة في المدن تمثل فئة من المشكلات. أما الآلات الذاتية التشغيل في المناجم والمزارع ومناطق الكوارث وممرات اللوجستيات العسكرية أو أسطح الكواكب، فتمثل فئة أخرى. وفي تلك البيئات قد لا تكون هناك خطوط مسارات ولا خرائط مصقولة ولا حركة مرور يمكن التنبؤ بها. وعلى الآلة أن تفسر بيئة وعرة وتواصل الحركة بأمان.

ويُعد المريخ الاختبار الأقصى لهذا النوع من الهندسة. فلا وجود لمساعدة على الطريق، ولا إصلاح سريع، ولا هامش للمخاطرة المتهورة. فكل رحلة تجمع بين الحذر والحاجة إلى إحراز تقدم علمي. ويساعد هذا التوازن في تفسير سبب جذب عمل ناسا في الملاحة الذاتية انتباهاً يتجاوز قطاع الفضاء بكثير. إنه عرض مكثف لما تبدو عليه الروبوتات العملية عندما تصبح الموثوقية أهم من الاستعراض.

ستظل المسيرة الطويلة لـ Opportunity واحدة من أعظم الإنجازات في روبوتات الاستكشاف، ولا يزال Curiosity يواصل إنتاج العلم. لكن الرقم القياسي الوشيك لـ Perseverance يشير إلى مرحلة جديدة. فالروفر لا يقتصر على البقاء مدة طويلة؛ بل يعمل بمستوى من الحركة الموجهة ذاتياً يغيّر إيقاع المهمة بشكل ملموس.

إذا تجاوزه المجموع الكلي لـ Opportunity خلال الأيام القليلة المقبلة كما هو متوقع، فسيكون العنوان رقماً قياسياً جديداً على عالم آخر. لكن الدرس الأعمق هو أن ناسا أثبتت كيف يمكن لروبوت أن يواصل التقدم عندما يُمنح الثقة ليرى ويقرر ويقود بنفسه. وعلى المريخ، لم تعد هذه القدرة تجريبية. بل أصبحت الآن السبب في إعادة كتابة سجل الأرقام القياسية.

هذه المقالة مبنية على تغطية Ars Technica. اقرأ المقال الأصلي.