Mars Rover Perseverance bate recorde de direção autônoma

Este artigo faz parte de nossa série exclusiva IEEE Journal Watch em parceria com IEEE Xplore.

Em missões anteriores a Marte, como com o Curiosidade e Oportunidade rovers, os robôs dependiam principalmente de instruções humanas vindas de milhões de quilômetros de distância para navegar com segurança pela paisagem marciana. O Perseverança O rover, por outro lado, percorreu a terra alienígena e cheia de pedras de forma quase completamente autônoma, quebrando recordes anteriores de direção autônoma em Marte.

Considerando que o Curiosidade o rover completou cerca de 6,2 por cento de suas viagens de forma autônoma, Perseverança completou cerca de 90 por cento das suas viagens de forma autónoma, a partir do seu 1.312º dia marciano desde a aterragem (28 de outubro de 2024). Perseverança foi capaz de realizar tal façanha–usando notavelmente pouco poder de computação–graças ao seu algoritmo de condução autônoma especialmente projetado, Enhanced Autonomous Navigation ou ENav.

Os detalhes completos sobre o funcionamento interno do ENav e o seu desempenho em Marte são descritos em um estudo publicado em Transações IEEE em Robótica de Campo em novembro de 2025.

Existem algumas vantagens, mas alguns desafios sérios quando se trata de navegação autônoma em Marte. Do lado positivo, quase nada no planeta se move. Rochas e encostas de cascalho – embora sejam obstáculos formidáveis ​​– permanecem estacionárias, oferecendo aos rovers consistência e previsibilidade em seus cálculos e localização de caminhos. Por outro lado, Marte é, em grande parte, um terreno desconhecido.

“Esta enorme incerteza é o maior desafio”, diz Masahiro “Hiro” Ono, supervisor do Grupo de Mobilidade Robótica de Superfície do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, que ajudou a desenvolver o ENav.

Criando um Rover Altamente Autônomo

Embora existam algumas imagens do Mars Reconnaissance Orbiter, transportado pelo espaço, elas geralmente não têm resolução alta o suficiente para navegação terrestre por um rover. Em dezembro, os engenheiros da NASA realizaram o primeiro teste de uma técnica de navegação que utiliza um modelo baseado na IA da Anthropic para analisar imagens MRO e gerar waypoints – as coordenadas usadas para guiar o caminho do rover – para uma automação mais completa.

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Mas na maior parte da navegação atual, Perseverança deve confiar nas imagens que o próprio rover tira, analisá-las para avaliar milhares de caminhos diferentes e escolher a rota certa que não terminará em seu próprio desaparecimento. O chutador? Deve fazê-lo com a capacidade computacional equivalente a um iMac G3um computador Apple vendido no final dos anos 1990.

O processador do rover deve passar por endurecimento por radiação, um processo que o torna resistente aos níveis extremos de radiação solar e raios cósmicos experimentados em Marte. Embora outras CPUs resistentes à radiação com mais poder de computação estivessem disponíveis na época PerseverançaDurante o desenvolvimento, o utilizado provou ser confiável nas duras condições do espaço sideral. Ao reutilizar hardware de missões anteriores – a mesma CPU foi usada em Curiosidade—A NASA pode reduzir custos e ao mesmo tempo minimizar os riscos.

Dados os seus recursos computacionais limitados, o algoritmo ENav foi estrategicamente projetado para realizar os cálculos mais pesados ​​apenas ao dirigir em terrenos desafiadores. Funciona analisando imagens dos seus arredores e avaliando cerca de 1.700 caminhos possíveis, normalmente num raio de 6 metros da posição atual do rover. Avaliando fatores como tempo de viagem e rugosidade do terreno, ele classifica possíveis caminhos. Finalmente, ele executa um algoritmo de verificação de colisão computacionalmente pesado, chamado ACE (estimativa de folga aproximada) apenas em alguns caminhos potenciais com melhor classificação.

Em outubro de 2024, o Perseverance dirigiu mais de 30 quilômetros (18,65 milhas) e coletou 24 amostras de rocha e regolito. Fonte: JPL-Caltech/ASU/MSSS/NASA

Explorando o Planeta Vermelho com ENav

Perseverança pousou em Marte em 18 de fevereiro de 2021. Em seu estudo, Ono e seus colegas descrevem como o rover foi inicialmente implantado com forte supervisão de navegação humana durante seus primeiros 64 dias marcianos no Planeta Vermelho, mas depois passou a usar predominantemente o ENav para viajar para um dos principais alvos de exploração: o delta formado por um antigo rio que uma vez desaguava na cratera de Jezero há bilhões de anos. Os cientistas acreditam que poderia ser um local privilegiado para encontrar evidências de vida alienígena passada, se alguma vez existiu vida em Marte.

Após uma breve exploração de uma área a sudoeste do local de pouso, Perseverança voou no sentido anti-horário ao redor das dunas de areia em direção ao antigo delta do rio em um ritmo acelerado, com média de 201 metros por dia marciano. (Está muito frio para o veículo espacial viajar à noite.) Ao longo de apenas 24 dias marcianos de viagem, o veículo espacial viajou cerca de 5 quilômetros até o sopé do delta. 95 por cento de toda a condução naquele mês foi realizada utilizando o modo de condução autónoma, resultando numa quantidade sem precedentes de condução autónoma em Marte.

Rovers anteriores, como Curiosidadetiveram que parar e “pensar” em seus caminhos antes de seguir em frente. “Esse foi o principal obstáculo para Curiosidadepor que era tão lento dirigir de forma autônoma”, explica Ono.

Em contraste, Perseverança é capaz de pensar e dirigir ao mesmo tempo. “Às vezes [Perseverance] tem que parar e pensar, especialmente quando não consegue descobrir rapidamente um caminho seguro. Mas na maioria das vezes, especialmente em terrenos fáceis, ele consegue continuar dirigindo sem parar”, diz Ono. “Isso tornou sua direção autônoma muito mais rápida.”

Oportunidade detinha o recorde anterior de condução autônoma em Marte, viajando 109 metros em um único dia marciano. Mas em 3 de abril de 2023, Perseverança estabeleceu um novo recorde ao dirigir 331,74 metros de forma autônoma (e 347,69 metros no total) em um único dia marciano.

Ono diz que o ajuste fino do algoritmo ENav deu muito trabalho, mas está satisfeito com seu desempenho. Ele também enfatiza que os esforços para continuar a avançar na navegação autónoma são críticos se os humanos quiserem continuar a explorar ainda mais profundamente o espaço, onde a comunicação terrestre com rovers e outras naves espaciais se tornará cada vez mais difícil.

“A automação dos sistemas espaciais é uma direção imparável que devemos seguir se quisermos explorar mais profundamente o espaço”, diz Ono. “Esta é a direção que devemos seguir para ultrapassar os limites e fronteiras da exploração espacial.”

Este artigo foi atualizado em 27 de fevereiro para esclarecer o raciocínio da NASA para selecionar a CPU usada no Perseverança veículo espacial.