パナソニックと三菱重工、「LUPEX」月面探査車の運転支援システムを共同開発

パナソニックアドバンストテクノロジーと三菱重工は、月の南極付近で水資源を探す「月極域探査機」(LUPEX)に含まれる、月面探査ローバー(探査車)用の安全運転支援システムを地上システムへ適応試作する共同開発を開始した。

「LUPEX」月面探査車用の、ステレオカメラを使った障害物検知支援のイメージ

この共同開発は、宇宙航空研究開発機構(JAXA)宇宙探査イノベーションハブで実施した、「CG画像と少量データを用いた月面探査ローバ向け運転支援AIの試作」に関する共同研究の成果を活用した取り組み。地上と宇宙の技術の双方利用を目的とし、地上不整地環境向けセンシング技術開発のノウハウを活かして、LUPEXローバー向け安全運転支援システムのローバー地上システムに適応させた。

具体的には、ステレオカメラで月面探査車の安全な移動を妨げる岩石やクレータなどの障害物を検知するAIの性能を強化。3D地図生成機能と探査車向け走行シミュレーターを組み合わせ、探査車向けの安全運転支援システム“LUNADAS”(LunarADAS)として構築した。

LUPEXローバー地上システムへ適用試作し、オペレーターの月面環境認識を支援することで、ミッションの妨げとなる危険領域を回避し、安全な運転を支援するシステムの実現をめざす。今後さらなる性能改善と、地上システムとの結合評価、シミュレーターを用いた運用訓練といった開発を進めていく。

JAXA宇宙探査実験棟で行われた実証実験の様子

LUPEX(Lunar Polar Exploration)は、月の南極付近へ着陸し、水資源の探索を行う宇宙探査プロジェクトで、JAXAとインド宇宙研究機関(ISRO)が共同開発を進めている。JAXAがH3ロケットによる打ち上げと月面探査車の開発、インドが探査車を運ぶ着陸船の開発を担当する。

LUPEX探査車は、月面を移動しながら複数の地点を採掘し、水がどの場所にどの程度の量で、どのような状態で存在しているのかを調べる計画だ。

LUPEXミッションマークと文字ロゴ

月面着陸後の着陸機と探査車のイメージ

探査車は、地上からの遠隔操作で制御され、搭載センサーによって周囲の環境を認識することで、安全な移動を妨げる障害物との衝突や転倒、スタックを引き起こすリスクのある地形を回避する必要がある。

しかしオペレーターは限られた時間制約の中、常に見落としが許されない安全状態の監視をしながらの運用となる。そのため、人が疲れにくく理解しやすい状態監視機能が求められている。

今回共同開発したシステムは、地上不整地環境向けセンシング技術を生かした月面探査車向けの安全運転支援システム(LUNADAS)を適応。AIによる障害物検知機能とローカル地図作成機能を組み合わせた周囲環境認識インタフェースを提供することで、オペレーターの負荷低減を図るというものだ。

概略システム構成図

両社は、月面を想定した周囲環境認識技術の研究開発のため、米国航空宇宙局(NASA)の観測データ「South Pole Landing Site LOLA DEMs」に基づく月面地形のモデリングや、月面探査機の実撮影画像を参考にしたテクスチャの再現、NASAの「SPICE」(Spacecraft Planet Instrument C-matrix Events)組み込みによる太陽光の模擬など、ゲーム開発エンジン「Unity」を用いた仮想環境モデルのリアリティを向上させてきた。

仮想月面のCG例

仮想月面CGの太陽光による陰影の差異例

今回の共同開発では、各種カメラや照明のモデリングに加え、LUPEX探査車が月面を走行した際の滑りや姿勢変動、スタックや轍の生成等、ローバと砂路面相互の挙動を再現するため、設計データに基づきLUPEXローバをモデリングし、物理エンジン(AGX Dynamics)を用いて砂路面での走行を模擬したLUPEX探査車走行シミュレータへの機能拡張を試行する。

なお、月南極域の土壌パラメータは未知であるため、履帯に生じる摩擦角(φ)や粘着性(c)は可変とし、実証実験結果からのコリレーションを行うことを想定している。