Diğer gezegenlerin yüzeylerinin altında ne olduğunu ortaya çıkarmak için titreşimleri kullanmak

Modern uzay araştırmaları, daha önce kimsenin gitmediği yerlere cesurca gitmenin “Star Trek” seviyelerine henüz ulaşmadı. Ancak, USS Atılgan’ın sakinleri gibi astronotlar da bir gün keşfedilmemiş bir gezegene inmek isterlerse, öncelikle yüzeyin üstünde ve altında ne olduğunu bilmek isterler.

Virginia Tech araştırması, yüzeydeki kayaların ne kadar derine uzandığını belirlemek için arazideki titreşimleri tarayan yeni bir araç seti ile bunun önünü açabilir. Ve bu bilim kurgu değil.

Makine mühendisliği alanında yardımcı doçent olan Erik Komendera, bir zamanlar NASA Langley Araştırma Merkezi’nde mühendis olarak çalışıyordu. Ph.D. ile yaptığı son araştırma. aday Yiyan Ruan, yayınlandı IEEE Sensörler Günlüğügezicilerin Mars’a, aya veya büyük ölçüde keşfedilmemiş diğer gezegenlere güvenli bir şekilde inmesine yardımcı olabilir. Aynı zamanda potansiyel tehlikeler ortadan kaldırıldığında inşaat veya felaket senaryolarının analiz edilmesi gibi dünyaya yönelik uygulamalara da sahip olabilir.

Ölçüm aracı olarak titreşimler

Arazinin yüksekliği ve engebeliliği ile kayaların yüksekliği gibi faktörler, Mars’a yönelik mevcut görevlerde bir uzay aracının nereye bırakılacağına ilişkin seçenekleri etkiliyor.

Potansiyel iniş yüzeyinin önünde bir kaya varsa, robotik bir ekskavatör onu parçalayabilir. Ancak kaya aslında gömülü bir kaya ise, o robotun enerji israf etmemesi ve hareket etmeyen bir şeyi kaldırmaya çalışırken aletleri yıpratmaması gerekir.

Komendera, “İnsanlar Dünya üzerinde bir şeyler inşa ettiği sürece, göz ardı edilemeyecek veya dikkatli bir planlama yapılmadan ortadan kaldırılamayacak büyük ve ağır engellerle uğraşmak zorunda kaldık” dedi. “Kayalara bakıp hızlı, test edilebilir yargılara varmak bizim için yeterince kolay. Bu kaya dinleniyor mu yoksa kısmen gömülü mü? Bunu tek başıma hareket ettirebilir miyim yoksa yardıma ve aletlere ihtiyacım var mı? Peki ya robotların bunu yapması gerekiyorsa? Robotlar bu kararları nasıl verebilir? Artık bir cevabımız var.”

Komendera, ekskavatörleri birçok işten kurtarabilecek bir dizi aleti bir araya getiriyor. Yaklaşımlarını test etmek için ekibi, farklı boyut ve şekillerde 18 beton bloğu kumun farklı derinliklerine gömdü. Açıktaki kayaya aletli bir çekiçle vurdular, ardından ortaya çıkan titreşimleri bir taramalı lazer Doppler titreşim ölçer kullanarak uzaktan ölçtüler.

Titreşimi kayanın yüzeyinde birden fazla yükseklikte test ettikten sonra araştırmacılar, sonuçları titreşim özellikleri, görünür kaya geometrisi ve gömme derinliği arasındaki ilişkiyi öğrenen bir sinir ağına gönderdiler.

Yapay zeka titreşim bilgilerinin kodunu çözer

Ekip, sonuçları analiz etmek ve karşılaştırmak için yapay zekayı eğitmek için verileri kullandı. Toprak sertliği, kayaların kumla temas ettiği açı ve diğer faktörler arasındaki ilişki, okumaların alınmasını karmaşık hale getirdi. Ekip, yapay zekaya bu faktörleri hesaba katmayı öğreterek, derinliği güvenilir bir şekilde belirleyebilecek modeller oluşturmayı başardı.

Ruan, “Titreşimleri kullanarak bir kayanın ne kadar derine gömüldüğünü tahmin etmek zor olabilir” dedi. “Geri bildirim, kayanın geometrisinden ve toprağın onu tutma şeklinden etkileniyor. Titreşim ölçümlerinden ve açıkta kalan geometriden özellikleri dikkatlice seçerek, yalnızca iki gizli katmana sahip kompakt bir sinir ağı kullanarak güvenilir veriler üretebildik.”

Bu modeller bir gün Mars’taki bir robot ekskavatörün arazideki engelleri doğru bir şekilde ele almasına rehberlik edebilir. Ekip şimdilik veri kümeleri oluşturmaya ve yaklaşımlarını Dünya üzerinde test etmeye devam etmeyi planlıyor; bu araç, dengesiz kaya oluşumlarının bileşenlerini belirlemek, yer altı mağaralarını ölçmek ve hatta felaket temizliğine yardımcı olmak için yararlı olabilir.