Wie die NASA-Marsrover schon jetzt KI einsetzen

„Außerirdische“ KI: Zwar sind sie noch nicht autonom, dennoch haben auch die NASA-Marsrover bereits Künstliche Intelligenz an Bord. Ein KI-System hilft dem Rover „Perseverance“, autonom geeignete Proben auszuwählen und dann seine Analysegeräte an genau der richtigen Stelle einzusetzen, wie die NASA erklärt. Beide Marsrover haben zudem einen „Fahrassistenten“ an Bord, der ihnen beim teilautonomen Navigieren durch die Marslandschaft hilft.

Ob Spirit und Opportunity, Curiosity oder Perseverance: Die Marsrover der NASA haben uns schon einige entscheidende Einblicke in Geologie, Geschichte und Chemie unseres Nachbarplaneten Mars gegeben. Dabei haben sich diese rollenden Labore stetig weiterentwickelt. Inzwischen haben die Rover sogar Künstliche Intelligenz an Bord, wie die NASA jüngst erklärte.

Mineralschnüffler mit Röntgenaugen

Eine Form der künstlichen Intelligenz steckt seit rund drei Jahren hinter dem Analysegerät PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) von Perseverance. Dieses Röntgenspektrometer sitzt am Ende des Robotermars des Marsrovers und dient dazu, die Zusammensetzung des Gesteins zu ermitteln. Dafür beschießt der justierbare Kopf des Geräts die Gesteinsoberfläche aus nächster Nähe mit hochfokussierten Röntgenpulsen. Dies regt die Atome und Moleküle zur Fluoreszenz an, die dann von den Sensoren PIXLs ausgewertet wird.

Doch damit das Ganze funktioniert, muss PIXL sich der Oberfläche des Gesteins bis auf Tuchfühlung annähern und dabei den richtigen – geologisch interessanten – Bereich genau im Fokus haben. „Wir müssen bis auf den Mikrometer genau justieren, um die nötige Genauigkeit zu erreichen“, erklärt Abigail Allwood vom Jet Propulsion Laboratory der NASA. Der Röntgenkopf muss einerseits dem Gestein so nahe wie möglich kommen, darf aber gleichzeitig nirgends anecken, um die Optiken nicht zu zerkratzen.

KI entscheidet wo und wie

An diesem Punkt kommt die Künstliche Intelligenz zum Einsatz: Der Marsrover verfügt über ein KI-System, dass die PIXL-Analysen in mehrfacher Weise autonom steuert. Zum einen kontrolliert es die Annäherung des Geräts an das Zielgestein, indem es Kameradaten und Sensorinformationen auswertet und so für den optimalen Abstand sorgt. Die KI berücksichtigt dabei auch Faktoren wie Wind oder Temperaturschwankungen, die winzigste Verschiebungen der Position bewirken können.

Im Rahmen des „adaptiven Sampling“ sucht die PIXL-KI zudem autonom das vielversprechendste Analysefeld aus: Es scannt die Gesteinsoberfläche zunächst grob ab, indem es sie mit einem Raster aus hunderten aufeinanderfolgenden Röntgenpulsen beschießt. Dann entscheidet die KI auf Basis dieser Daten und der zuvor eingespeicherten Kriterien, welche Felskörnchen und Mineralien näher untersucht werden sollen – in Echtzeit und ohne Rücksprache mit der irdischen Bodenstation.

Auch die ChemCam nutzt KI

„Ohne diese KI müssten wir die Vorscans erst herunterladen, auswerten und dann den Rover anweisen, die entsprechenden Stellen erneut zu scannen“, erklärt Allwood. „Die KI erledigt dies ohne uns.“ Die Technik erleichtert dadurch auch, geeignete Proben für die spätere Rückholung zur Erde auszuwählen. Der Marsrover hat bereits im Dezember 2022 ein erstes Probendepot auf dem Mars angelegt.

Auch der rund 3.700 Kilometer entfernt von Perseverance stationierte Marsrover Curiosity nutzt Künstliche Intelligenz, um seine Umgebung zu analysieren. Wie bei seinem jüngeren „Bruder“ Perseverance steuert diese KI die ChemCam, ein am „Kopf“ des Rovers sitzendes Laserspektrometer. Dieses beschießt die Gesteinsoberfläche mit einem Laserstrahl und verdampft winzige Mengen des Gesteins. Kurzzeitig erzeugt dies ein heißes, leuchtendes Plasma, dessen Spektrum der Rover analysiert.

Fahrassistent hilft beim teilautonomen Fahren

Eine weitere Künstliche Intellligenz hilft Perseverance dabei, auch ohne Steuerung durch menschliche Helfer im Marsgelände zu navigieren. Zwar werden die tägliche Route und Analyseziele vorher vom Bodenteam festgelegt, einmal unterwegs, unterstützt die AutoNav getaufte KI den Rover aber beim Fahren. Dafür wertet das KI-System 3D-Karten des vorausliegenden Terrains aus, identifiziert mögliche Hindernisse und Gefahren und plant bei Bedarf selbstständig eine Umfahrung.

„Wir nennen diese Fähigkeit: ‚Denken beim Fahren’“, erklärt Vandi Verma vom Jet Propulsion Laboratory der NASA. „Dadurch können wir in kürzerer Zeit viel weiter fahren als mit dem noch nicht mit diesem System ausgestatteten Curiosity.“

Quelle: NASA/ Jet Propulsion Laboratory