La NASA a testé le rover ERNEST dans le désert du Colorado et a vérifié qu'il peut parcourir 26 kilomètres avec une intervention humaine minimale, un progrès qui vise à permettre aux futures missions lunaires et martiennes d'accéder à des terrains qui sont aujourd'hui hors de portée des véhicules robotiques de l'agence.
Lors de la campagne la plus récente, le prototype a avancé à des vitesses allant jusqu'à 1 km/h et a accumulé 37 heures de conduite réparties sur sept jours de tests intermittents. Cette performance équivaut à un ordre de grandeur au-dessus de la vitesse maximale à laquelle se déplacent Curiosity et Perseverance sur Mars.
Le véhicule, dont le nom complet est Exploration Rover for Navigating Extreme Sloped Terrain, a été développé au Laboratoire de Propulsion par Réaction de la NASA, JPL, dans le sud de la Californie.
Sa fonction actuelle est double : servir de plateforme d'essai pour de nouvelles capacités d'autonomie robotique et tester des systèmes de mobilité capables de traverser des surfaces complexes.
Issa Nesnas, technologue principal de JPL et responsable de l'autonomie dans un concept de mission de la NASA pour un possible rover lunaire de longue portée, a expliqué que ces tests permettent d'ajuster à la fois le matériel de mobilité et le logiciel d'autonomie pour se déplacer sur de longues distances dans une grande variété de terrains et de conditions d'éclairage prévues sur la Lune.
Le prototype vise à ouvrir des itinéraires pour des missions de longue portée sur la Lune
ERNEST mesure 1,2 mètres de long et possède quatre roues. Contrairement aux rovers martiens actuels de la NASA, le prototype peut élever individuellement chacune de ses roues en treillis pour surmonter des obstacles qui bloqueraient Curiosity et Perseverance.
L'équipe de Nesnas utilise le véhicule pour démontrer qu'il est possible de construire un rover de taille double adapté à une mission lunaire de longue distance. James Keane, scientifique planétaire de JPL travaillant sur des missions lunaires, a résumé cette possibilité avec une image simple : « Vous pourriez faire un voyage scientifique à travers la Lune, ou Mars, avec ce véhicule ».
L'objectif initial des ingénieurs était mécanique : concevoir un rover relativement simple et à faible coût qui améliorerait le système de suspension rocker-bogie, présent dans tous les rovers martiens de la NASA depuis Sojourner. Ce système passif maintient une charge relativement constante sur les six roues grâce à des points de pivot et des supports qui permettent à chaque roue de s'adapter aux changements de la surface.
Sur ERNEST, la suspension active permet de gérer la répartition du poids entre les roues. Deux articulations motorisées à l'avant actionnent un cardan qui lui permet de se déplacer avec différents modes de marche, y compris des mouvements de contorsion, la marche sur roues et les ascensions d'obstacles.
Le rover intègre également un mécanisme d'embrayage qui lui permet d'alterner entre suspension active et passive. La seconde offre une capacité réduite pour surmonter un terrain difficile, mais consomme moins d'énergie, et ses quatre roues directionnelles lui permettent de se déplacer dans n'importe quelle direction, même latéralement.
Hari Nayar, technologue principal de JPL et leader de l'équipe de ERNEST, a déclaré que la prémisse du projet était de vérifier si un système robotique de mobilité planétaire supérieur à ceux existants pouvait être conçu.
« Bien que le système de balancier-bogie ait connu beaucoup de succès au cours des 30 dernières années, beaucoup de recherches ont été menées sur la mobilité et l'interaction avec le terrain pendant cette période », a-t-il affirmé.
L'autonomie a été entraînée par apprentissage par renforcement et par des milliers d'heures de simulation
Avant d'arriver à la version actuelle, l'équipe a construit deux prototypes précédents d'environ 0,6 mètres de long pour tester 11 configurations de suspension active. Dans une remorque remplie de simulant de régolithe lunaire, les ingénieurs ont réalisé des expériences pendant plusieurs mois avec différents angles d'inclinaison jusqu'à définir le design final.
Par la suite, ils ont agrandi le véhicule et ajouté une tête rectangulaire montée sur un mât de 1,4 mètres de hauteur. Le matériel a été terminé en septembre 2024, mais le rover dépendait encore d'un opérateur humain qui le guidait avec un joystick et lui envoyait des instructions pour surmonter des obstacles.
Pour lui apprendre à prendre des décisions par lui-même, l'équipe a eu recours à l'apprentissage par renforcement, une branche de l'intelligence artificielle dans laquelle le robot apprend à partir de son interaction avec l'environnement.
Le Laboratoire de Dynamique et Simulation en Temps Réel de JPL a développé un environnement virtuel de haute fidélité qui réplique le comportement du rover.
Les ingénieurs ont alimenté ce simulateur avec des données récoltées sur le comportement du véhicule réel sur différents types de terrain.
Dans un cluster de calcul haute performance, ils ont exécuté de nombreuses simulations en parallèle et, certains week-ends, ont complété des milliers d'heures de tests.
Après des mois d'entraînement virtuel, l'équipe a vérifié si les nouveaux algorithmes autonomes permettaient au rover de traverser des accidents de terrain qui arrêteraient un véhicule avec suspension passive.
Pour cela, ils ont monté sur le Mars Yard de JPL, une piste d'essai extérieure, un circuit avec des ondulations de sable, des monticules de débris, des escaliers et des pentes raides.
La publication a indiqué que le rover a terminé le parcours tout seul et qu'il a depuis franchi de nombreux circuits similaires. Maintenant, l'équipe de Nayar a lancé un nouveau projet d'autonomie pour intégrer la capacité de décider quand et comment utiliser la suspension active avec une navigation intelligente de plus grande portée.
Le but est qu'ERNEST puisse planifier des itinéraires efficaces, faire face à des obstacles franchissables et contourner ceux représentant un danger. Ces capacités pourraient être intégrées à de futures missions de rover destinées à des paysages difficiles sur Mars et à des régions plus accidentées de la Lune.