La technologie de navigation robotique explorera l'océan profond

Le robot submersible Orpheus est développé par Woods Hole Oceanographic Institute et JPL pour explorer l'océan profond de manière autonome. Orpheus utilise une navigation basée sur la vision qui fonctionne de la même manière que l'hélicoptère Ingenuity Mars navigue pendant le vol.

Le submersible peut explorer les profondeurs les plus extrêmes de l'océan, créant des cartes 3D du fond marin. Montré sur cette photo lors d'une précédente expédition, Orpheus est beaucoup plus petit que les autres submersibles, ce qui le rend plus facile à transporter et à exploiter.

La navigation en fonction du terrain a aidé Perseverance à atterrir – et Ingenuity à voler – de manière autonome sur Mars. Il est maintenant temps de tester un système similaire tout en explorant une autre frontière.

Le 14 mai, le navire Okeanos Explorer de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) partira de Port Canaveral en Floride pour une expédition de deux semaines dirigée par la NOAA Ocean Exploration, avec la démonstration technologique d'un véhicule sous-marin autonome. Appelée Orpheus, cette nouvelle classe de robots submersibles présentera un système qui l'aidera à trouver son chemin et à identifier les caractéristiques scientifiques intéressantes sur le fond marin.

La navigation relative au terrain a joué un rôle déterminant pour aider le rover Mars 2020 Perseverance Mars de la NASA à atterrir avec précision sur la planète rouge le 18 février. Le système a permis au robot descendant de cartographier visuellement le paysage martien, d'identifier les dangers, puis de choisir un endroit sûr pour atterrir sans assistance humaine. De la même manière, l'hélicoptère Ingenuity Mars Helicopter de l'agence utilise un système de navigation basé sur la vision pour suivre les caractéristiques de surface au sol pendant le vol afin d'estimer ses mouvements sur la surface martienne.

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Développée par des ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, une évolution de la navigation basée sur la vision qui a été utilisée sur Mars va maintenant subir un essai un peu plus près de chez nous : au large de la côte est des États-Unis dans l'océan Atlantique.

De gros équipements de localisation à haute puissance comme un sonar seraient normalement nécessaires pour naviguer dans les eaux sombres et souvent troubles près du fond marin. En utilisant un système de caméras et de lumières à faible consommation d'énergie, ainsi qu'un logiciel avancé, Orpheus est un ordre de grandeur plus léger que la plupart des submersibles en eaux profondes. Plus petit qu'un quad et pesant environ 550 livres (250 kilogrammes), Orpheus est conçu pour être agile, facile à utiliser et robuste tout en explorant des profondeurs inaccessibles à la plupart des véhicules.

La démonstration de la technologie Orpheus sera effectuée à bord du navire NOAA Okeanos Explorer. Après avoir quitté Port Canaveral en Floride le 14 mai, l'expédition de deux semaines explore les eaux au large de la côte est des États-Unis.

Conçu par la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) en collaboration avec JPL, Orpheus peut fonctionner sans attache presque n'importe où dans l'océan, y compris les profondeurs les plus extrêmes. En fin de compte, l'équipe du projet espère voir un essaim de ces robots sous-marins travailler en équipe pour créer des cartes 3D des vastes régions de fond océanique inexplorées dans la zone hadale - des régions plus profondes que 20 000 pieds (6 000 mètres). Mais avant que le robot puisse explorer ces profondeurs, il doit d'abord être mis à l'épreuve dans des eaux moins profondes.

Plonger dans le futur

"Cette démonstration technique sera utilisée pour collecter des données afin de démontrer la viabilité de la navigation relative au terrain dans l'océan tout en montrant comment plusieurs robots fonctionneront ensemble dans des environnements extrêmes", a déclaré Russell Smith, ingénieur en mécanique robotique au JPL. "Ces tests nous mettront sur la bonne voie pour commencer de futures plongées dans la zone hadale et rechercher intelligemment des régions passionnantes à forte activité biologique."

Explorez une galerie de prototypes de robots de pointe en cours de développement pour l'exploration planétaire future.

La version d'Orpheus de la navigation basée sur la vision est appelée odométrie visuelle-inertielle, ou xVIO, et elle fonctionne en utilisant un système de caméras avancées et un logiciel de correspondance de motifs ainsi que des instruments capables de mesurer avec précision son orientation et son mouvement. Au fur et à mesure qu'Orpheus se déplace sur le fond marin, xVIO identifie des caractéristiques - telles que des roches, des coquillages et des coraux - sous le véhicule. Comme pour se souvenir de points de repère lors d'un voyage en voiture, xVIO construira des cartes 3D en utilisant ces fonctionnalités comme points de cheminement pour l'aider à naviguer. Mais ce système est plus qu'un simple moyen d'empêcher le robot submersible de se perdre.

Les cartes haute résolution créées par xVIO sont stockées en mémoire afin que, lorsqu'Orpheus reviendra dans la région, il reconnaisse la distribution unique des caractéristiques et les utilise comme point de départ pour étendre son exploration. Et lorsque vous travaillez avec des copains robots, les cartes peuvent être partagées, croisées et développées pour identifier rapidement les domaines d'intérêt scientifique.

"À l'avenir, certains des environnements océaniques les plus extrêmes seront à notre portée. Des tranchées océaniques profondes aux bouches hydrothermales, nous explorerons de nombreuses nouvelles destinations", a déclaré Andy Klesh, ingénieur système également au JPL. "En restant petit, nous avons créé un nouvel outil simplifié pour les océanologues - un outil qui profite directement à la NASA en tant que système analogique pour l'exploration spatiale autonome."

Mais Klesh a noté une autre vertu de la collaboration entre la NASA et des organisations comme WHOI et NOAA, avec leur vaste expertise océanographique : les technologies en cours de développement pour explorer les océans de la Terre avec des véhicules sous-marins autonomes intelligents, petits et robustes pourraient finalement être exploitées pour explorer les océans sur d'autres mondes.

Les analogues terrestres sont souvent utilisés comme substituts environnementaux pour d'autres endroits du système solaire. Par exemple, Europe, la lune de Jupiter, possède un océan souterrain qui pourrait abriter des conditions favorables à la vie.

"Aux profondeurs hadales sur Terre, les pressions sont à peu près équivalentes au fond de l'océan souterrain d'Europe, que l'on pense être à peut-être 80 kilomètres [50 miles] de profondeur", a déclaré Tim Shank, le biologiste à la tête du programme HADEX (Hadal Exploration) de WHOI. "C'est une chose profonde de penser que cette expédition pourrait être le tremplin vers de nouvelles découvertes sur notre propre planète, notamment en répondant à cette question la plus fondamentale : la vie est-elle unique à la Terre, ou y a-t-il d'autres endroits au-delà de ce point bleu pâle où la vie aurait pu apparaître ? Mais avant de pouvoir explorer Europe ou tout autre monde océanique, nous devons d'abord mieux comprendre notre propre maison."

Pour plus d'informations sur la démonstration technologique, voir :

https://oceanexplorer.noaa.gov/okeanos/explorations/ex2102/welcome.html

Ian J. O'Neill

Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californie.

818-354-2649

[email protected]

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