Portrait de Mars 2020. Le rover qui reprend plusieurs caractéristiques de Curiosity, débarquera sur Mars en 2021. © Nasa

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Intelligence artificielle : les robots de la Nasa sauront faire face à l’inconnu

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Combien de fois un engin spatial est-il passé sans rien remarquer à côté d'un phénomène anormal qu'un humain aurait repéré immédiatement ? À l'avenir, les scientifiques aimeraient bien répondre « jamais » et la Nasa espère y parvenir grâce à l'intelligence artificielle.

  • L’intelligence artificielle prend de plus en plus de place dans les programmes de missions spatiales.
  • L’avantage est d’offrir plus d’autonomie aux sondes et aux robots explorateurs.
  • La Nasa souhaite que ses vaisseaux ne passent pas à côté d’évènements inattendus.

La Nasa aimerait que ses futurs robots et sondes spatiales ne puissent manquer un évènement dans les mondes qu'ils explorent, ne serait-ce qu'un petit détail inhabituel qui pourrait conduire à de précieuses découvertes. Il serait dommage en effet de rater un élément intéressant parce que l'engin n'a pas reçu l'ordre de le regarder. La question de développer et implanter une intelligence artificielle (IA) dans ces machines semble cruciale dans le champ de l'exploration spatiale.

Dans un article publié dans la revue Science : Robotics, Steve Chien et Kiri Wagstaff, deux chercheurs du JPL (Jet Propulsion Laboratory), ouvrent des pistes pour les prochaines missions. Pour eux, « l'objectif est que l'IA soit un assistant intelligent collaborant avec le scientifique », lequel pourrait mieux se concentrer sur l'analyse et l'interprétation des données.

L’IA à bord du satellite EO-1 a permis de détecter l’éruption volcanique de l’Eyjafjallajökull en 2010. © Nasa, JPL, EO-1 Mission, GSFC, Ashley Davies

Davantage d’autonomie dans la prise de décision

L'enjeu est que l'IA sache reconnaître ce qui sort de l'ordinaire et mérite un détour. Il faut donc la préparer à l'inattendu, chose qu'un cerveau humain sait faire naturellement. Pour cela, l'engin explorateur doit être doté de techniques d'apprentissage qui lui permettront d'identifier ce qui est normal et ce qui ne l'est pas dans l'environnement qu'il étudie.

Nous voulons que le vaisseau spatial sache ce que nous espérons voir et qu’il reconnaisse quand il observe quelque chose de différent.

« Nous ne voulons pas manquer quelque chose simplement parce que nous ne savions pas le chercher, lance l'un des deux auteurs, Kiri Wagstaff, qui travaille dans le groupe d'apprentissage des machines au JPL. Nous voulons que le vaisseau spatial sache ce que nous espérons voir et qu'il reconnaisse quand il observe quelque chose de différent. »

Le problème se pose dans de nombreux cas de terres inconnues... comme par exemple les lunes glacées potentiellement habitables que sont Europe, autour de Jupiter, et Encelade, autour de Saturne. Dans l'idéal, il faudrait que « le vaisseau spatial crée un modèle de normalité basé sur ses propres observations, explique le chercheur. De cette façon, il peut reconnaître les surprises que nous n'avons pas anticipées ».

D'où l'idée d'une plus grande autonomie quant au pouvoir de décision de la sonde (ou du robot). Cela lui permet de réajuster sa mission en fonction des surprises rencontrées. Par exemple, les panaches d'Encelade qui, plus tard, ont conduit les scientifiques à supposer l'existence d'un océan global sous sa carapace de glace, n'ont été découverts qu'après le premier passage de la sonde Cassini dans le voisinage de l'astre. Si la sonde avait été équipée d'une IA autonome, elle aurait probablement décidé de s'attarder sur ce phénomène, alors totalement nouveau et inattendu, livrant ainsi davantage de données.

Un tourbillon de poussière surpris par le rover Opportunity en avril 2016. © Nasa, JPL, Cornell, Don Davis

Des exemples d’IA à l’œuvre ces dernières années

La Nasa n'en est pas à ses premiers essais d'intelligence artificielle. Ainsi, avec le programme Watch, le rover Opportunity a-t-il pu photographier à plusieurs reprises les tourbillons de poussière qui ont balayé le sol martien autour de lui... Il a pu le faire dès qu'ils surgissaient et sans attendre que les opérateurs sur Terre lui donnent le feu vert. Depuis, l'IA n'a cessé d'évoluer et est devenue Aegis. Actuellement, Curiosity bénéficie d'une version qui lui permet d'être autonome quant à ses cibles pour les tirs laser avec la ChemCam, selon une liste de critères établis. Pas besoin de demander une autorisation à chaque fois. Son cousin Mars 2020 qui sera bientôt prêt à partir, sera à son tour doté d'une nouvelle version.

Il en va aussi de même pour certains satellites d'observation de la Terre comme Earth Observing-1 (EO-1). Pour ne rien manquer, ils doivent ouvrir l'œil, et le bon, prêts à repérer un évènement particulier, comme une éruption volcanique, des inondations, des incendies, etc. L'IA a même appris à détecter des dépôts de soufre sur des glaciers, préparant ainsi la génération suivante à les voir sur d'autres mondes.

Il y a encore du chemin à parcourir mais il est évident que l'intelligence artificielle sera un plus dans l'exploration spatiale. Idem pour la colonisation de Mars et au-delà. « L'IA est un outil d'observation qui nous permet d'étudier des données que nous ne pourrions pas obtenir autrement » souligne Kiri Wagstaff.

Curiosity regarde Phobos passer devant Déimos  Un an après son arrivée sur Mars, Curiosity a photographié une occultation de la petite lune Déimos (à 20.000 km de la surface de Mars) par sa grande sœur Phobos, plus massive et plus proche (6.000 km d’altitude) et tournant en sens inverse. © Nasa, JPL-Caltech, Malin Space Science Systems, Texas A&M University