Em 11 de outubro, o rover Perseverance completou uma viagem que elevou a distância total percorrida em Marte para 28,10 milhas (45,22 quilômetros). Este é um novo recorde para os rovers de Marte, possibilitado em grande parte pela capacidade do Perseverance de conduzir com muito mais autonomia do que os seus antecessores. Nos últimos cinco anos, o software de autonomia do Perseverance tem sido constantemente atualizado e para saber mais sobre como o recorde foi quebrado e o que o futuro reserva para o rover, conversamos com Mark Maimoneo vice-chefe da equipe de operações robóticas da Perseverance no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, que projetou e desenvolveu o software autônomo para os rovers de Marte Spirit, Opportunity, Curiosity e Perseverance.
Antes de falarmos sobre Perseverance, vamos falar do recordista anterior Opportunity, que pousou em Marte em janeiro de 2004 para uma missão de 3 meses e terminou sua jornada épica 15 anos depois, em fevereiro de 2019. Este vídeo da NASA comprime toda a missão do Opportunity em quatro minutos e dá uma sensação comovente da incrível distância que este pequeno rover percorreu ao longo de seus 15 anos de vida em Marte, fazendo ciência à medida que avançava:
Laboratório de Propulsão a Jato da NASA/YouTube
O Opportunity percorreu 45,16 quilômetros até que uma tempestade de poeira em escala planetária o interrompeu, apropriadamente, no Vale da Perseverança.
Em 18 de fevereiro de 2021, o Perseverance juntou-se ao rover Curiosity da NASA no planeta vermelho, carregando o helicóptero Ingenuity enfiado sob sua barriga. Curiosity e Perseverance trocaram os painéis solares do Opportunity por um gerador termoelétrico de radioisótopos. O Curiosity está ativo em Marte desde 2012.
Apesar da vantagem de quase 10 anos do Curiosity, o Perseverance é o rover a quebrar o recorde do Opportunity pela primeira vez. Existem vários motivos para o Perseverance ultrapassar o Opportunity – rodas robustas, por exemplo – mas o maior contribuinte é que o Perseverance foi construído para a autonomia.
Para entender como o JPL ensinou um rover de Marte a percorrer 225 milhões de quilômetros de distância sem cair, Espectro IEEE falei com Marcos Maimonevice-chefe da equipe de operações robóticas do Perseverance no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.
Esta animação mostra o ponto de vista do Perseverance durante uma viagem de 807 pés (246 metros) ao longo da borda da cratera Jezero em 10 de dezembro de 2025, o 1.709º dia marciano, ou sol, da missão. Capturados ao longo de duas horas e 35 minutos, 53 pares de imagens de câmeras de navegação (Navcam) foram combinados com dados do rover sobre orientação, velocidade das rodas e ângulo de direção, bem como dados da Unidade de Medição Inercial do Perseverance, e colocados em um ambiente virtual 3D. O resultado é esta reconstrução com quadros virtuais inseridos a cada 0,1 metro (4 polegadas) de progresso da unidade. JPL-Caltech/NASA
Vamos falar sobre a autonomia do rover em Marte. Mesmo antes do Perseverance, os rovers dirigiam sozinhos, certo?
Marcos Maimone: Sim! Peregrino [in 1997] teve um tipo inicial de comportamento autônomo – para detecção, usava quatro faixas de laser projetadas na superfície, que mediam a altura de 20 pontos no terreno à sua frente. Ele poderia contornar grandes obstáculos ou até enfiar a agulha entre duas coisas. Era um sistema com verdadeira autonomia, o que impressiona considerando que sua CPU tinha menos de um megahertz.
Com o Spirit e o Opportunity, desenvolvi a autonomia desses rovers. Cada vez que dirigiam, eles usavam pares estéreo de 256 x 256 pixels para mapear a geometria do terreno e encontrar uma rota segura a seguir. Na verdade, o Spirit acabou dirigindo sozinho 23% do tempo, o que me deixou francamente chocado, já que ele dirigia muito mais devagar nesse modo. Mas usar a autonomia ajudou o Spirit a viajar 50% mais rápido do que poderia de outra forma. Opportunity e Curiosity usaram direção autônoma apenas cerca de 5% do tempo. O Perseverance é o primeiro rover de Marte que se dirige sozinho 90% do tempo, com seu sistema de autonomia aprimorado que inclui um segundo processador com um FPGA para acelerar operações extras de processamento de imagem.
Como foi deixar o Perseverance dirigir sozinho pela primeira vez?
Maimone: O Perseverance é o culminar de décadas de trabalho na autonomia do rover de Marte, por isso ver o Perseverance usar o seu sistema AutoNav para se dirigir basicamente a toda velocidade, até 120 metros por hora, foi incrível.
Estas duas imagens tiradas pelas câmeras de navegação e prevenção de perigos do Perseverance mostram (à esquerda) a primeira viagem AutoNav em Marte, onde o rover parou autonomamente antes de bater em uma pilha de pedras, e (à direita) a segunda viagem AutoNav onde o rover contornou com sucesso uma rocha.JPL-Caltech/NASA
Onde estão os humanos nesse processo?
Maimone: O plano de onde ir é especificado pela equipe científica e, em seguida, no lado da engenharia, a equipe de planejamento de rotas estratégicas desenvolve um caminho para nos levar a esse objetivo, adivinhando, com base em mapas orbitais de baixa resolução, como será o terreno para o rover. Todos os dias, uma equipe de operações táticas combina a rota estratégica geral com os objetivos científicos daquele dia para escolher a rota real que o rover seguirá.
Queremos que os humanos continuem fazendo planejamentos de longo prazo porque isso evita perda de tempo. Por exemplo, aprendemos que se virmos áreas arenosas com ondas ou cristas que se cruzam – não apenas ondulações sopradas numa direcção, mas ondulações cruzadas indo em múltiplas direcções – o rover tende a afundar-se em terreno como este, por isso dizemos ao rover para se manter fora dessas áreas. A autonomia integrada mede apenas a forma do terreno, não o tipo de terreno, por isso beneficia dessas anotações baseadas em localização.
Agora temos anos de experiência correlacionando imagens tiradas em órbita com imagens tiradas pelo rover e entendendo como diferentes tipos de terreno afetam a propulsão. Com os orbitadores atuais em Marte, às vezes obtemos uma resolução de 25 cm nas imagens orbitais. Isso ainda não é suficiente para ver todos os obstáculos; pode haver uma pedra grande que realmente não aparece em uma escala de mais de um ou dois pixels, tornando-a muito difícil de notar. É por isso que queremos ter autonomia no rover, mas quanto maior a ajuda que pudermos dar a ele em alto nível, mais rápido poderemos alcançar nossos objetivos e menos atrasos potenciais encontraremos.
Esta vista orbital mostra uma região de terreno marciano complexo onde o Perseverance não conseguiu navegar de forma autônoma. A linha azul mostra o caminho estimado pelos planejadores humanos, enquanto a linha branca mostra o caminho percorrido pelo rover. A imagem inserida, da câmera para evitar perigos do Perseverance, mostra o terreno rochoso, arenoso e inclinado.Imagens de origem: Olivier Toupet, Masahiro Ono, et al.; JPL-Caltech/Universidade do Arizona/NASA
O que acontece quando o sistema de autonomia do Perseverance falha?
Maimone: Acabamos não usando a autonomia por cerca de dois meses em terrenos mais complexos enquanto ajustávamos coisas e escrevíamos novos softwares para lidar com aquele novo terreno que não havíamos encontrado antes. Algumas dessas mudanças foram relativamente rápidas e outras exigiram meses de estudo. Por exemplo, um parâmetro é a inclinação máxima que o robô pode subir, porque em encostas íngremes existe o risco do rover escorregar lateralmente.
Aterrissamos dentro da cratera de Jezero, que era muito plana e, portanto, durante os primeiros três anos, a maior parte de nossa viagem ocorreu em menos de 14 graus de inclinação. Quando finalmente decidimos sair da cratera, começámos a encontrar outros terrenos com inclinações mais elevadas e com maior densidade rochosa, e a experiência que adquirimos permitiu-nos reajustar os parâmetros para permitir que o rover atravessasse esses terrenos mais difíceis, com inclinações de até 24 graus.
Autonomia Rover na era da IA
No final do ano passado, você deixou Claude AI da Anthropic planejar uma viagem de 400 metros para o Perseverance. Como foi isso?
Maimone: Fizemos com que a IA analisasse as imagens orbitais e escolhesse um caminho para nós, que se tornou o ponto de partida das operações de planejamento do rover do dia. Normalmente, esse caminho inicial vem da equipe de planejamento do rover humano, mas, neste caso, foi gerado pela IA. Os humanos ainda estavam por dentro; a equipe revisou e fez alguns ajustes. A IA deu-nos um ponto de partida sólido que nos permitiu progredir rapidamente, porque é muito mais fácil validar um caminho do que escolhê-lo do zero.
O rover Perseverance Mars da NASA tirou esta selfie em 23 de julho de 2024. A selfie é composta por 62 imagens tiradas pela câmera WATSON (Sensor Topográfico de Grande Angular para Operações e Engenharia) na extremidade do braço robótico do rover.JPL-Caltech/MSSS/NASA
Você acha que os humanos continuarão sendo uma parte necessária das operações dos rovers ou você vê a próxima geração de rovers de Marte operando por semanas sem assistência humana?
Maimone: Uma das coisas que nos tem impedido de percorrer distâncias muito longas de forma autónoma é que, à medida que conduzimos, o rover acumula incerteza na sua posição. Quando a incerteza aumenta, significa que temos de ficar mais longe das áreas que os planeadores dos rovers humanos identificaram como sendo potencialmente perigosas, chamadas “zonas de exclusão”. Em alguns casos, a incerteza aumenta o suficiente para que o rover não consiga planear um caminho seguro, porque as zonas de exclusão (que crescem com a incerteza do rover) ficam demasiado grandes.
Agora temos um novo recurso que adicionamos ao Perseverance, chamado Mars Global Localization. Com esta nova tecnologia que pode reduzir a nossa incerteza, teoricamente temos a capacidade de avançar enquanto tivermos recursos para continuar a conduzir com segurança com base nos nossos mapas e zonas de exclusão.
Mas para realmente executar uma missão durante semanas, você precisa não apenas dirigir longas distâncias, mas também executar operações científicas de forma autônoma. Temos pessoas aqui também buscando automatizar operações científicas, fazendo processamento de imagens a bordo do rover para obter uma melhor compreensão do que está lá fora e onde focar a atenção dos instrumentos. Portanto, penso que estamos a chegar ao ponto em que podemos apoiar operações autónomas de longo período. Tem sido uma evolução lenta, mas agora temos grandes capacidades e uma boa compreensão do que é necessário para que funcione bem.
Como alguém que esteve envolvido com todos esses rovers de Marte – incluindo um que travou – você confia fundamentalmente no Perseverance para operar de forma autônoma?
Maimone: Eu faço. Construímos o software, testamos, executamos milhões de simulações e realizamos muito trabalho em campo em diversos ambientes de teste. Isso ainda não nos levou a mal. Estamos ansiosos para estabelecer recordes ainda maiores.
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