Les missions à la surface des planètes opèrent actuellement avec prudence. Sur Mars, les délais de communication entre la Terre et les rovers (généralement entre quatre et 22 minutes), ainsi que les contraintes de transfert de données dues aux limitations des liaisons montante et descendante, obligent les scientifiques à planifier les opérations à l’avance. Les rovers sont conçus pour l’efficacité énergétique et la sécurité, et pour se déplacer lentement sur un terrain dangereux. En conséquence, l’exploration est généralement limitée à une petite partie du site d’atterrissage, les rovers parcourant généralement jusqu’à quelques centaines de mètres par jour, ce qui rend difficile la collecte de données géologiquement diversifiées.
Ici, nous avons testé une approche différente : un explorateur robotique semi-autonome qui peut étudier plusieurs cibles une par une et collecter des données sans intervention humaine constante. Les résultats ont montré que les robots semi-autonomes équipés d’instruments compacts pourraient accélérer considérablement la prospection des ressources et la recherche de ‘biosignatures’ (c’est-à-dire, des preuves de vie) sur les surfaces planétaires : au lieu d’examiner une seule roche sous supervision continue, un robot pourrait se diriger vers plusieurs cibles et effectuer des mesures de manière autonome à chaque emplacement.
Notre question de recherche était de savoir si un robot équipé d’une charge utile scientifique simple pouvait rapidement étudier plusieurs cibles tout en fournissant des résultats scientifiques significatifs. Les résultats ont prouvé que même des instruments relativement compacts peuvent atteindre l’objectif scientifique complet : identifier les roches pertinentes pour l’astrobiologie et l’exploration des ressources.
Un test sur le terrain robotique pour les missions futures
Pour tester le concept, nous avons utilisé le robot quadrupède ‘ANYmal’ équipé d’un bras robotique portant deux instruments : l’imageur microscopique MICRO et un spectromètre Raman portable développé pour le défi ESA-ESRIC Space Resources Challenge. Nous avons réalisé ce travail en collaboration avec le Robotic Systems Lab de l’ETH Zurich, ETH Zurich | Space, l’Université de Zurich et l’Université de Berne.
Nous avons mené nos expériences dans l’installation ‘Marslabor’ de l’Université de Bâle, qui simule les conditions de surface planétaire en utilisant des roches analogues, des matériaux de ‘régolithe’ (c’est-à-dire, de la poussière planétaire) et des conditions d’éclairage analogiques. Le robot a approché de manière autonome les cibles sélectionnées, déployé les instruments avec son bras robotique et renvoyé des images et des spectres pour analyse.
Le système a identifié avec succès divers types de roches pertinents pour l’exploration planétaire, notamment le gypse, les carbonates, les basaltes, la dunite et l’anorthosite. Beaucoup d’entre eux sont scientifiquement significatifs : par exemple, les roches analogues lunaires telles que la dunite (riche en olivine et oxydes), l’anorthosite (contenant de l’anorthite) et les oxydes comme le rutile, peuvent indiquer des ressources précieuses pour les futures missions spatiales.
Une science plus rapide avec l’exploration multi-cibles
Nous avons comparé deux approches opérationnelles : l’exploration traditionnelle à cible unique guidée de près par des scientifiques, et une stratégie multi-cibles semi-autonome dans laquelle le robot effectue des mesures à plusieurs emplacements en séquence.
Les missions semi-autonomes se sont révélées beaucoup plus rapides. Les missions multi-cibles ont pris entre 12 et 23 minutes, tandis qu’une mission guidée par un humain a nécessité 41 minutes pour réaliser des analyses comparables.
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Malgré le rythme plus rapide, le robot a atteint des taux de réussite scientifique élevés. Dans un test, toutes les cibles sélectionnées ont été correctement identifiées.
Cette approche pourrait ainsi permettre aux futures missions d’étudier rapidement de vastes zones des surfaces planétaires. Les scientifiques pourraient ensuite analyser les données entrantes et sélectionner les emplacements les plus prometteurs pour une investigation détaillée.
Au lieu d’attendre que les humains commandent chaque étape, les robots pourraient se déplacer sur le terrain, scanner rapidement les roches et collecter des données. Cette approche pourrait nous permettre de mener des recherches scientifiques beaucoup plus rapidement sur les surfaces planétaires. Les robots pourraient rapidement explorer et caractériser de nombreuses roches, aidant les scientifiques à cibler les échantillons les plus intéressants pour une investigation plus poussée.
Préparation pour l’exploration future
L’étude met en évidence comment des instruments relativement simples peuvent fournir des informations scientifiques précieuses lorsqu’ils sont intégrés dans des systèmes robotiques autonomes. Au lieu de s’appuyer uniquement sur des suites d’instruments volumineuses et complexes, les futures missions pourraient déployer des robots agiles qui scannent rapidement l’environnement et signalent les cibles prometteuses pour une investigation détaillée.
Alors que les agences spatiales se préparent pour les prochaines missions vers la Lune, Mars et au-delà, de tels systèmes semi-autonomes pourraient aider les scientifiques à étudier de plus grandes zones en moins de temps, soutenant à la fois la prospection de ressources et la recherche de signes possibles de vie passée.
Article : Semi-Autonomous Exploration of Martian and Lunar Analogues with a Legged Robot Using a Raman-Equipped Robotic Arm and Microscopic Imager. – Journal : Frontiers in Space Technologies – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
