NASA har gått närmare att låta fjärrdatorer styra sökandet efter liv på andra planeter. Forskare från NASA Goddard Space Flight Center har meddelat de första resultaten från nya intelligenta system, ska installeras i rymdsonder, kapabel att identifiera geokemiska signaturer av liv från bergprover. Genom att tillåta dessa intelligenta system att välja både vad de ska analysera och vad de ska berätta för oss på jorden kommer att övervinna allvarliga begränsningar för hur information överförs över stora avstånd i sökandet efter liv från avlägsna planeter. Systemen kommer att debutera på ExoMars-uppdraget 2022/23, innan en fullständigare implementering på mer avlägsna kroppar i solsystemet.

Presenterar arbetet på Goldschmidt Geochemistry-konferensen, Ledande forskare Victoria Da Poian sa, "Detta är ett visionärt steg i rymdutforskningen. Det betyder att vi med tiden kommer att ha flyttat från idén att människor är involverade i nästan allt i rymden, till tanken att datorer är utrustade med intelligenta system, och de är tränade att fatta vissa beslut och kan i prioritet överföra den mest intressanta eller tidskritiska informationen."

Eric Lyness, mjukvaruledare i Planetary Environments Lab vid NASA Goddard Space Flight Center (GSFC), betonade behovet av att ha smarta instrument för planetarisk utforskning:"Det kostar mycket tid och pengar att skicka tillbaka data till jorden vilket innebär att forskare inte kan köra så många experiment eller analysera så många prover som de skulle vilja. Genom att använda AI att göra en första analys av data efter att den har samlats in men innan den skickas tillbaka till jorden, NASA kan optimera vad vi tar emot, vilket avsevärt ökar det vetenskapliga värdet av rymduppdrag"

Victoria Da Poian och Eric Lyness (båda på NASAs Goddard Space Flight Center), har tränat artificiell intelligens för att analysera hundratals stenprover och tusentals experimentella spektra från Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA), ett instrument som kommer att landa på Mars inom ExoMars Rosalind Franklin Rover 2023. MOMA är ett toppmodernt masspektrometerbaserat instrument, kan analysera och identifiera organiska molekyler i stenprover. Den kommer att söka efter tidigare eller nuvarande liv på Mars yta och under ytan genom analys av stenprover. Systemet som ska skickas till Mars kommer fortfarande att överföra de flesta data tillbaka till jorden, men senare system för det yttre solsystemet kommer att ges autonomi att bestämma vilken information som ska återvända till jorden.

De första resultaten visar att när systemets neurala nätverksalgoritm bearbetar ett spektrum från en okänd förening, detta kan kategoriseras med upp till 94 % noggrannhet och matchas till tidigare sett prov med 87 % noggrannhet. Detta kommer att förfinas ytterligare tills det införlivas i 2023 års uppdrag.

Victoria Da Poian fortsatte, "Det vi får från dessa obemannade uppdrag är data, massor av det; och att skicka data över hundratals miljoner kilometer kan vara mycket utmanande i olika miljöer och extremt dyrt; med andra ord, bandbredden är begränsad. Vi måste prioritera mängden data vi skickar tillbaka till jorden, men vi måste också se till att vi inte kastar ut viktig information när vi gör det. Detta har fått oss att börja utveckla smarta algoritmer som tills vidare kan hjälpa forskarna med deras analys av provet och deras beslutsprocess angående efterföljande operationer, och som ett långsiktigt mål, algoritmer som analyserar själva data, kommer att justera och ställa in instrumenten för att köra nästa operationer utan jord-i-slingan, och kommer bara att skicka hem de mest intressanta uppgifterna."

Teamet använde rådata från initiala laboratorietester med ett jordbaserat MOMA-instrument för att träna datorer att känna igen välbekanta mönster. När ny rådata tas emot, mjukvaran berättar för forskarna vilka tidigare påträffade prover som matchar dessa nya data.

Eric Lyness noterade, "Uppdraget kommer att möta svåra tidsgränser. När vi kommer att operera på Mars, prover kommer bara att vara kvar i rovern i högst några veckor innan rovern dumpar provet och flyttar till en ny plats för att borra. Så, om vi behöver testa om ett prov, vi måste göra det snabbt, ibland inom 24 timmar. I framtiden, när vi går för att utforska Jupiters månar som Europa, och Saturnus som Enceladus och Titan, vi kommer att behöva realtidsbeslut som fattas på plats. Med dessa månar kan det ta 5 till 7 timmar för en signal från jorden att nå instrumenten, så det här blir inte som att kontrollera en drönare, med ett omedelbart svar. Vi måste ge instrumenten autonomi att fatta snabba beslut för att nå våra vetenskapsmål å våra vägnar."

Lyness kommenterade, "När de först samlades, de data som produceras av MOMA livssökande instrument är svåra att tolka. Den kommer inte att skrika ut "Jag har hittat livet här, " men kommer att ge oss sannolikheter som kommer att behöva analyseras. Dessa resultat kommer till stor del att berätta för oss om geokemin som instrumenten hittar. Vi siktar på att systemet ska ge vetenskapsmän vägledning, till exempel kan vårt system säga "Jag har 91 % förtroende för att det här provet motsvarar ett prov från verkligheten och jag är 87 % säker på att det är fosfolipider, liknande ett prov som testades den 24 juli, 2018 och här är hur dessa uppgifter såg ut." Vi kommer fortfarande att behöva människor för att tolka resultaten, men det första filtret kommer att vara AI-systemet."

Forskarna noterar att data är dyrt att skicka tillbaka från Mars, och blir dyrare när landare kommer längre från jorden. "Data från en rover på Mars kan kosta så mycket som 100, 000 gånger så mycket som data på din mobiltelefon, så vi måste göra dessa bitar så vetenskapligt värdefulla som möjligt, sa Eric Lyness.

kommenterar, Dr Joel Davis (postdoktor i planetgeologi vid Natural History Museum, London) sa, "En av de största utmaningarna för planetariska uppdrag är att få tillbaka data till jorden – det kostar både tid och pengar. På Mars, restidsfördröjningen är runt 20 minuter och detta blir mer ju längre man kommer ut i solsystemet. Med tanke på de begränsade livslängderna för uppdrag, forskare måste vara mycket selektiva när det gäller de data de väljer att ta tillbaka. Dessa resultat verkar verkligen lovande; att ha större autonomi ombord på rymdfarkoster är ett sätt att säkerställa användbarheten av de data som returneras."

Dr Davis var inte involverad i detta arbete.