Este artículo es parte de nuestra exclusiva Serie IEEE Journal Watch en asociación con IEEE Xplore.
En misiones anteriores a Marte, como con Curiosidad y Oportunidad Rovers, los robots dependían principalmente de instrucciones humanas de millones de millas de distancia para navegar con seguridad el paisaje marciano. El Perseverancia Rover, por otro lado, se ha tirado a través de la tierra alienígena, boulder-ridden casi completamente autónomo, rompiendo registros anteriores para la conducción autónoma en Marte.
Mientras que Curiosidad Rover completó alrededor del 6,2% de sus viajes de forma autónoma, Perseverancia había completado cerca del 90% de sus viajes de forma autónoma, a partir de su 1,312o día marciano desde el aterrizaje (28 de octubre de 2024). Perseverancia fue capaz de lograr tal hazaña—utilizando notablemente poca energía informática—gracias a su algoritmo de conducción autónomo especialmente diseñado, navegación autónoma mejorada, o ENav.
Los detalles completos sobre los trabajos internos de ENav y lo bien que ha realizado en Marte se describen en un estudio publicados en Transacciones IEEE en Robotics de Campo en noviembre de 2025.
Hay algunas ventajas, pero algunos desafíos serios cuando se trata de navegación autónoma en Marte. Por otro lado, casi nada en el planeta se mueve. Las rocas y las pendientes de grava —mientras obstáculos formidables— se mantienen estacionarias, ofreciendo consistencia y previsibilidad a los rovers en sus cálculos y patinaje. Por otro lado, Marte está en terrenos inexplorados de gran parte.
“Esta enorme incertidumbre es el mayor desafío”, dice Masahiro “Hiro” Ono, supervisor del Grupo de Movilidad de Superficie Robótica en el Laboratorio de Propulsión Jet de la NASA, que ayudó a desarrollar ENav.
Crear un Rover altamente autónomo
Aunque existen algunas imágenes de Marte Reconnaissance Orbiter transmitidas por el espacio, por lo general no son suficientemente alta resolución para la navegación terrestre por un rover. En diciembre, los ingenieros de la NASA realizaron el primero prueba de una técnica de navegación que utiliza un modelo basado en la IA de Antrópico para analizar imágenes MRO y generar waypoints, las coordenadas utilizadas para guiar el camino del rover, para una automatización más completa.
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Pero en la mayoría de la navegación de hoy, Perseverancia debe confiar en las imágenes que el propio rover toma, analizar estas para evaluar miles de caminos diferentes, y elegir la ruta correcta que no terminará en su propia desaparición. ¿El pateador? Debe hacerlo con la capacidad equivalente de cálculo de un iMac G3, un ordenador de Apple vendido a finales de los 90.
El procesador del rover debe someterse endurecimiento de radiación, un proceso que los hace resistentes a los niveles extremos de radiación solar y rayos cósmicos experimentados en Marte. Aunque otras CPU endurecidas por radiación con mayor poder de cálculo estaban disponibles en el momento de Perseverancia‘s desarrollo, el que se utiliza se demuestra que es fiable en las duras condiciones del espacio ultraterrestre. Al reutilizar hardware de misiones anteriores, se utilizó la misma CPU Curiosidad—NASA puede reducir costos al minimizar el riesgo.
Dados sus limitados recursos informáticos, el algoritmo ENav fue diseñado estratégicamente para hacer el cálculo más pesado sólo cuando se conduce en terrenos desafiantes. Funciona analizando imágenes de su entorno y evaluando cerca de 1.700 posibles caminos hacia adelante, típicamente a 6 metros de la posición actual del rover. Evaluación de factores como el tiempo de viaje y la rugosidad del terreno, clasifica posibles caminos. Por último, ejecuta un algoritmo computacionalmente pesado de verificación de colisión, llamado ACE (estimación aproximada de limpieza) sólo en un puñado de caminos potenciales de alto rango.
A partir de octubre de 2024, Perseverance ha conducido más de 30 kilómetros (18.65 millas) y recogido 24 muestras de roca y regio. Fuente: JPL-Caltech/ASU/MSSS/NASA
Explorando el Planeta Rojo con ENav
Perseverancia aterrizaron en Marte el 18 de febrero de 2021. En su estudio, Ono y sus colegas describen cómo el rover fue desplegado inicialmente con fuerte supervisión de la navegación humana durante sus primeros 64 días marcianos en el Planeta Rojo, pero luego se fue a utilizar predominantemente ENav para viajar a uno de los principales objetivos de exploración: el delta formado por un río antiguo que una vez fluía en Jezero Crater miles de millones de años atrás. Los científicos creen que podría ser un lugar privilegiado para encontrar evidencia de la vida alienígena pasada, si la vida existiera en Marte.
Después de una breve exploración de una zona sudoeste de su sitio de aterrizaje, Perseverancia jetted contraclockwise alrededor de dunas de arena hacia el antiguo delta del río a un ritmo nítido, promediando 201 metros por día marciano. (Es demasiado frío para que el rover viaje por la noche.) A lo largo de apenas 24 días marcianos de conducción, el rover viajó unos 5 kilómetros a la estriba del delta. El 95 por ciento de todos los conductores de ese mes se realizó utilizando el modo de conducción autónomo, dando lugar a una cantidad sin precedentes de conducción autónoma en Marte.
Cruzados pasados, como Curiosidad, tuvo que parar y “pensar” sobre sus caminos antes de avanzar. “Ese fue el mayor golpe de velocidad para Curiosidad, por qué fue tan lento para conducir autónomamente», explica Ono.
En cambio, Perseverancia es capaz de pensar y conducir al mismo tiempo. “A veces [Perseverancia] tiene que parar y pensar, particularmente cuando no puede encontrar un camino seguro rápidamente. Pero la mayor parte del tiempo, especialmente en terrenos fáciles, puede seguir conduciendo sin parar», dice Ono. “Eso hizo que su conducción autónoma fuera un orden de magnitud más rápido. ”
Oportunidad celebró el registro previo para la conducción autónoma en Marte, viajando 109 metros en un solo día marciano. Pero el 3 de abril de 2023, Perseverancia establecer un nuevo récord conduciendo 331.74 metros de forma autónoma (y 347.69 metros en total) en un solo día marciano.
Ono dice que perfeccionar el algoritmo ENav tomó mucho trabajo, pero está contento con su rendimiento. También hace hincapié en que los esfuerzos por seguir avanzando en la navegación autónoma son fundamentales si los seres humanos quieren seguir explorando aún más profundamente el espacio, donde la comunicación terrestre con los rotores y otras naves espaciales será cada vez más difícil.
“La automatización de los sistemas espaciales es una dirección imparable que tenemos que ir si queremos explorar más profundo en el espacio”, dice Ono. “Esta es la dirección que debemos ir para empujar los límites y fronteras de la exploración espacial. ”
Este artículo fue actualizado el 27 de febrero para aclarar el razonamiento de la NASA para seleccionar la CPU utilizada en la Perseverancia Rover.
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