NASA explora Marte

 
 
La NASA explora Marte - Vistas del planeta rojo con los gráficos Quadro de NVIDIA
La misión

Los científicos de la NASA pueden desplazar los robots de exploración unos 40 metros al día guiados por mapas tridimensionales del terreno que se visualizan con gráficos NVIDIA Quadro®. Esta imagen, cedida por la NASA Ames/JPL/Cornell/Maas Digital LLC, ha sido generada con gráficos NVIDIA.
Durante siglos, el hombre ha sentido una enorme fascinación por el planeta Marte que en los últimos tiempos se ha visto acrecentada por importantes hallazgos científicos. El descubrimiento de canales en el siglo XIX y las primeras vistas proporcionadas por la sonda Mariner 4 en 1965 dieron lugar a una intensa búsqueda de vida en el planeta rojo que, recientemente se ha centrado en la búsqueda de agua. Los científicos consideran que, si hay agua en Marte, ya sea en corrientes subterráneas o en forma de hielo, ese agua podría contener vida. Tienen la esperanza de que, si llegan a conocer en detalle la historia del agua en Marte, podrán convertir el mito en realidad y responder a algunas de las grandes preguntas sobre el universo.

La misión enviada por la NASA a Marte en 2004 incluye dos robots de exploración del tamaño de un cart equipados con cámaras e instrumentos de investigación para ver y analizar la superficie del planeta. Los científicos de la misión necesitaban disponer de un medio seguro para planificar los movimientos de los robots, garantizar el éxito de las operaciones y maximizar los resultados de la información obtenida. Por eso, eligieron la tecnología de gráficos profesionales de NVIDIA Corporation.

La NASA está utilizando las soluciones Quadro® de NVIDIA para hacer una reconstrucción virtual de la superficie de Marte a partir de los datos transmitidos por el robot, que se convierten en imágenes 3D. Los responsables del proyecto utilizan estas imágenes para explorar el planeta como si realmente se estuviesen desplazando por su superficie. El entorno facilitado por la tecnología de NVIDIA actúa como un preciso sistema de visualización y planificación con el que es posible simular una amplia variedad de escenarios, desplazamientos y experimentos antes de encomendar misiones reales al robot.

“Los gráficos de NVIDIA nos permiten planificar interactivamente los movimientos del vehículo utilizando vistas casi fotográficas de la superficie. De esta forma, conseguimos que los experimentos y los datos recogidos por el robot sean verdaderamente útiles. Las transmisiones procedentes de Marte implican ingentes cantidades de datos que deben verse, analizarse y compartirse con enorme rapidez. La reproducción tridimensional de esos datos es el modo más eficaz de sacar el máximo partido a la distancia recorrida y los conocimientos obtenidos”.

Datos de Marte

En los próximos tres meses, la NASA recibirá terabytes de datos de los dos robots de exploración enviados a Marte. El primero de ellos, el Spirit, se posó sobre el cráter Gusev el 4 de enero de 2004, tres semanas antes de la llegada del segundo explorador. Se eligió este cráter porque parece que pudo ser erosionado por corrientes de agua en el pasado.

El software de realidad virtual que utiliza la NASA, Viz, ayudado por los gráficos Quadro permite ver esta reconstrucción 3D del suelo marciano en la que se muestran las huellas dejadas por los airbags del Spirit. Imagen cedida por la NASA Ames/JPL/Cornell.
El punto de llegada elegido para el segundo robot, el Opportunity, se encuentra en el ecuador del planeta, en una planicie llamada Meridiani Planum. La orografía de esta zona es una de las más suaves y llanas de Marte y su interés radica en que la sonda Mars Global Surveyor detectó grandes cantidades de óxido de hierro, que normalmente está asociado a la presencia de agua.

El Spirit envía a la Tierra datos obtenidos a través de dos pares de cámaras de exploración montadas bajo la plataforma del vehículo, uno en la parte frontal y otro en la parte posterior, y otros dos pares de cámaras situadas en la parte superior del mástil. Las cámaras incluyen una cámara panorámica de alta resolución y un par de cámaras de baja resolución para el desplazamiento.

Entre todas ellas proporcionan las vistas necesarias para desplazar a los robots y recopilar datos geológicos y atmosféricos. Las cámaras panorámicas envían imágenes panorámicas de 360 grados a alta resolución en formato 1024 x 1024 x 16 bits. Una transmisión del robot puede incluir cientos de imágenes.

Mapas tridimensionales para el desplazamiento

Los gráficos Quadro ayudan a los científicos a planificar las actividades del robot sin tener que bucear por las ingentes cantidades de datos fotográficos recibidos. Así, utilizan la tecnología de NVIDIA para ver reproducciones fotográficas de alta resolución con un nivel de detalle tres veces superior al de las imágenes enviadas por el Sojourner en 1997. Dado que los nuevos robots de exploración viajan con una rapidez entre seis y diez veces superior a la del Sojourner y toman entre 6.000 y 10.000 mediciones más cada 30 cm, los datos visualizados con la tecnología NVIDIA se transforman en una representación particularmente detallada y realista del suelo del planeta.

El Spirit envía a la Tierra fotografías del terreno tomadas a alta resolución. Con éstos y otros datos, la NASA, ayudada por la tecnología NVIDIA, puede reconstruir virtualmente la superficie del planeta. Esta imagen, cedida por la NASA/JPL/Cornell/Maas Digital LLC, ha sido generada con gráficos NVIDIA.
La actividad del robot no cesa durante una misión. Cada día, un grupo de científicos se centra en las operaciones de esa jornada mientras otro grupo planifica las actividades del día siguiente estudiando e interactuando con gráficos modelados a partir de los datos tomados de objetivos aún sin explorar de la superficie marciana. A medida que se reconstruyen nuevas secciones del terreno, los mapas 3D existentes se fusionan en un entorno virtual global que, al finalizar la misión, representa la totalidad de los movimientos del robot.

El Dr. Laurence Edwards, responsable del equipo de reconstrucción y visualización 3D de la superficie de Marte en el Centro de investigación Ames de la NASA, explica: "La tecnología de NVIDIA nos da la oportunidad de ver el suelo de Marte mediante imágenes de realidad virtual, lo que facilita extraordinariamente nuestra comprensión del entorno y el análisis de los datos. Gracias a esta capacidad, hemos pasado a un modelo de visualización de la superficie del planeta mucho más accesible, que nos permite estudiar interactivamente las diferentes perspectivas (frontal, posterior y lateral) de cada objeto examinado por el robot y, de esta forma, evaluar todas las opciones posibles antes de decidir sus desplazamientos y experimentos".

"Utilizando los gráficos Quadro para controlar Viz, el software de realidad virtual que utilizamos para las misiones a Marte, también podemos simular las posibles condiciones de iluminación y orografía del terreno antes de llevar a cabo un nuevo experimento", comenta Edwards. "Si una roca va a proyectar una sombra y ocultar un objeto de interés, el equipo responsable planificará la operación teniendo en cuenta esa circunstancia. Esta capacidad nos permite representar una gran variedad de situaciones y planificar los movimientos del robot antes de emprender nuevas operaciones".

Visualización avanzada en estaciones de trabajo

Esta imagen tridimensional de "Adirondack", una roca del tamaño de un balón de rugby, se ha reconstruido mediante el software Viz y los gráficos Quadro de NVIDIA. La roca ha sido seleccionada como primer objetivo del Spirit porque posee una superficie plana y está relativamente libre de sedimentos: las condiciones ideales para pulirla y dejar sus capas inferiores al descubierto. Imagen cedida por cortesía de la NASA Ames/JPL/Cornell.
"La tecnología de NVIDIA ha sido decisiva para ir resolviendo nuevas necesidades de visualización en nuestras misiones a Marte. El increíble rendimiento, la precisión y las funciones de sombreado de las soluciones Quadro nos han permitido ver las imágenes de la superficie marciana con un extraordinario nivel de detalle en estaciones de trabajo convencionales. Las placas Quadro, en sistemas independientes o conectados en cluster, brindan la posibilidad de generar mapas 3D del planeta en forma de imágenes virtuales que mejoran enormemente nuestra comprensión del entorno y facilitan el proceso de análisis, añade Edwards.

La mayoría de los miembros de la misión pasan el tiempo examinando reproducciones del terreno en estaciones de trabajo de la NASA equipadas con gráficos Quadro FX 2000 de NVIDIA. Según Edwards, "Esta solución maneja una buena parte de los modelos del terreno y reduce considerablemente el coste del acceso a los datos. Para las imágenes de alta resolución con vistas panorámicas de la superficie, utilizamos la placa Quadro FX 3000. Además, tenemos previsto conectar en cluster varias estaciones dotadas de gráficos Quadro FX 3000Gs. Este sistema superará en capacidad a los carísimos superordenadores y proporcionará visualización de alto nivel a un mayor número de personas."

Según Jeff Brown, responsable de la línea de productos para estaciones de trabajo en NVIDIA, la NASA trasladó su sistema Viz del superordenador a estaciones de trabajo con gráficos Quadro de NVIDIA por diferentes razones, entre las que se incluyen:
  • Rendimiento:
    Una placa de la anterior generación de gráficos Quadro instalada en una estación de trabajo ofrecía una velocidad de generación de imágenes un 33% superior a la del superordenador.


  • Mejor simulación de la sombras:
    Mejora la capacidad de Viz para simular sombras de forma interactiva y en tiempo real para predecir las condiciones de iluminación del sol en experimentos afectados por los niveles de luz.


  • Conexión en cluster:
    La posibilidad de interconectar varias soluciones Quadro FX 3000G permite ejecutar Viz con los mismos, o mejores, niveles de rendimiento que un superordenador, pero a una décima parte del coste.


  • Mejor acceso a las aplicaciones:
    Todas las soluciones gráficas NVIDIA de uso profesional, desde los modelos de gama baja (Quadro FX 500) hasta los de gama alta (Quadro FX 3000G), permiten acceder al software Viz de la NASA prácticamente desde cualquier sistema de escritorio.
Futuras misiones a Marte

El equipo de reconstrucción y visualización 3D de la NASA en Ames evalúa constantemente la tecnología de gráficos. Tienen como objetivo mantener Viz a la vanguardia tecnológica y garantizar la mejor solución posible para responder a sus necesidades científicas y de comunicaciones en futuras misiones. En palabras de Edwards, "Continuamente investigamos las interfaces más avanzadas para interactuar con los robots de exploración y realizar las operaciones científicas. Nuestro grupo tiene la responsabilidad de introducir en las misiones la última tecnología de interfaz y NVIDIA nos ofrece varias oportunidades de mejora para el futuro. Tenemos previsto montar una gran pantalla circular utilizando los gráficos Quadro FX 3000G para proporcionar a los científicos una imagen envolvente de la superficie del planeta. Seguramente, en el futuro veremos a los investigadores sentados en medio de esta pantalla programando los movimientos del robot mediante sencillas órdenes verbales o simples botones de la pantalla". "

Compartir el conocimiento

La conversión en imágenes de los datos recibidos de las cámaras y los instrumentos permite a la NASA compartir los conocimientos obtenidos con el resto del mundo. Científicos de todo el mundo pueden acceder y estudiar los modelos 3D de mayor amplitud y precisión topográfica jamás construidos desde que se inició la exploración del espacio. Y, gracias a la colocación de imágenes generadas con tecnología NVIDIA en la Web, el público profano también puede participar virtualmente en la búsqueda de vida en Marte.

Los movimientos del robot se planifican cuidadosamente. Los científicos examinan cada ruta posible y eligen los objetivos del estudio "sobrevolando" una reconstrucción virtual del suelo de Marte. Esta imagen, cedida por la NASA/JPL/Cornell/Maas Digital LLC, ha sido creada con gráficos NVIDIA. Esta imagen tridimensional del acercamiento a "Adirondack" se ha generado utilizando el software de realidad virtual del centro Ames de la NASA, Viz, y los gráficos Quadro de NVIDIA. La herramienta de abrasión de rocas del Spirit se utilizará para pulir una zona de la roca a fin de obtener una imagen más cercana con el generador de imágenes microscópicas. Imagen cedida por la NASA Ames/JPL/Cornell. Esta imagen panorámica transmitida por el Spirit da una idea del viaje del robot desde el punto de llegada hasta su destino final en las colinas del Este (a unos tres kilómetros). Imágenes como ésta, una vez combinadas con otros datos y transformadas en realidad virtual por Viz y los gráficos NVIDIA, permiten a los científicos planificar mejor el desplazamiento del robot. Imagen cedida por la NASA/JPL/Cornell.

Más información

Para obtener más información sobre las soluciones Quadro de NVIDIA, visite: http://es.nvidia.com/quadro

Para obtener más información sobre el proyecto de exploración de Marte mediante robots, visite: http://marsprogram.jpl.nasa.gov/marte/overview.html



 
 
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