Come AutoNav ha portato Perseverance a battere ogni veicolo fuori dalla Terra

L'11 ottobre un tragitto di 91,31 metri ha portato Perseverance oltre un record che resisteva da quando lo aveva stabilito Opportunity. Il contachilometri del rover ha raggiunto 28,10 miglia (45,22 km), superando le 28,06 miglia (45,16 km) di Opportunity. Il margine è di circa 60 m, secondo il mio calcolo a partire dai due valori della NASA. La differenza più grande è però quella dei tempi: Perseverance ha coperto in cinque anni e mezzo una distanza che a Opportunity ne era costata quasi 15.

Ruote e sospensioni non sono cambiate molto da una generazione all'altra. A cambiare è quanta parte della guida il rover decide ormai da solo.

01Cosa mostra e cosa non mostra il record

La missione attribuisce il risultato al suo software di guida autonoma, AutoNav. Secondo il JPL, il rover riprende il terreno mentre avanza, costruisce una mappa 3D dei pericoli e traccia un percorso tra waypoint scelti dai pianificatori a Terra. I numeri che contano:

• Oltre il 90% della distanza di Perseverance è stato percorso con AutoNav che valutava il terreno. Per il primo AutoNav marziano, su Spirit e Opportunity, la quota era di circa il 5%.
• Sojourner giudicava il percorso davanti a sé con 20 punti di misura. Perseverance ne elabora 600.000 a ogni osservazione.
• A velocità massima o quasi, il rover può percorrere fino a 1.351 piedi (412 m) in un sol.

«Valutato da AutoNav» non significa «senza supervisione». Gli esseri umani scelgono ancora la destinazione. Pianificano il percorso di massima a partire da immagini orbitali, come quelle del Mars Reconnaissance Orbiter. Anche il valore di 412 m è un tetto, non una giornata tipo. Dividendo 45,22 km per 2.006 sol si ottengono circa 22 m per sol. Il calcolo è mio, e la media è bassa perché a dominare il programma sono le soste scientifiche, il campionamento e le finestre di guida limitate.

02Perché i rover precedenti avanzavano a passo di lumaca

Il vincolo è la potenza di calcolo, non la velocità delle ruote. Secondo l'articolo di Science Robotics di Vandi Verma, Mark Maimone e colleghi, Perseverance mantiene i controllori dei motori di Curiosity, una velocità massima di guida simile, di circa 4,4 cm/s, la stessa sospensione a sei ruote rocker-bogie e un computer principale da 133 MHz basato su RAD750. Quel processore è resistente alle radiazioni e lento, e quasi il 50% della sua capacità è assorbito dalle funzioni di base del rover diverse dalla navigazione.

Con l'architettura a CPU singola, i rover precedenti dovevano fermarsi, acquisire le immagini e attendere la fine della selezione del percorso prima di far girare le ruote. La pagina del JPL sulla mobilità indica per Curiosity una media autonoma di appena 15–18 metri all'ora. Un rover in grado di muoversi a circa 150 m/h perde così la maggior parte del tempo da fermo. Questa penalizzazione da «fermati e pensa» spiega perché le missioni precedenti usavano AutoNav solo per prolungare tragitti già pianificati dagli esseri umani.

03Pensare mentre si guida: l'architettura

Perseverance aggira il collo di bottiglia in due modi: con hardware dedicato e con un algoritmo di pianificazione più economico.

Hardware. Per accelerare l'elaborazione stereo è stato aggiunto un secondo RAD750, il Vision Compute Element (VCE). Il VCE usa una FPGA Xilinx resistente alle radiazioni per le operazioni parallele: rettificazione delle immagini, prefiltraggio, disparità stereo e valutazione delle feature per l'odometria visiva. Con questo carico scaricato altrove, il rover può guidare a velocità quasi piena con tutte le funzioni di AutoNav attive. L'articolo di Science Robotics riporta velocità autonome medie di 11,55 m/h per Curiosity e 97,97 m/h per Perseverance. Il più recente articolo su ENav, pubblicato su IEEE Transactions on Field Robotics, indica circa 17,3 m/h per Curiosity contro circa 92 m/h per Perseverance. I due articoli adottano criteri di calcolo diversi, quindi i valori vanno letti come un guadagno di un ordine di grandezza e non come un rapporto preciso.

Pianificazione. Il pianificatore si chiama Enhanced Autonomous Navigation (ENav). Costruisce una mappa delle quote a partire dalle immagini stereo e classifica gli archi candidati. Poi, secondo un articolo di machine learning legato al JPL, usa l'algoritmo Approximate Clearance Evaluation (ACE) per verificare se i percorsi meglio classificati siano sicuri. ACE è economico per progetto. Stima le quote minima e massima che ogni ruota può raggiungere sul terreno, quindi valuta la configurazione peggiore del veicolo. Questo sostituisce la simulazione iterativa della sospensione, troppo lenta per un RAD750. Un benchmark su hardware di classe RAD750 ha misurato circa 12 ms per ogni verifica ACE. L'ENav di riferimento, nello stesso articolo, impiega circa 4,5 s per ciclo di pianificazione con 377 verifiche di questo tipo. Eseguire il controllo costoso solo su una manciata di candidati in cima alla classifica mantiene limitato quel costo.

L'articolo su ENav spiega perché questo conta per la valutazione a livello di ruota. I pianificatori precedenti usavano un modello a disco grossolano del rover. ENav valuta i pericoli a partire dalla posizione di ciascuna ruota, usando ACE. Questo gli consente di attraversare terreni più rocciosi di quanto permetterebbe un'impronta prudenziale.

04Latenza, linea di vista e deriva

Il ritardo nelle comunicazioni condiziona questo progetto in modo specifico. Il limite vincolante è il ciclo di uplink una volta per sol, non solo il tempo luce, per cui un rover che si ferma ogni volta che finisce il percorso pianificato dagli esseri umani resta inattivo per gran parte della giornata. L'articolo su ENav osserva che AutoNav non è limitato al terreno visibile dalla posizione di partenza. Questo gli permette di spingersi ben oltre i circa 15–50 m di linea di vista di ciascun tragitto diretto. I pianificatori forniscono obiettivi e zone di esclusione. Il rover gestisce la geometria alla scala del metro, che le immagini orbitali non riescono a risolvere.

Il prezzo dell'autonomia è l'errore di posizione. Perseverance si localizza con l'odometria visiva. Il JPL segnala che piccoli errori si accumulano nel corso di un tragitto. Sulle percorrenze lunghe la stima della posizione del rover può sbagliare di oltre 100 piedi (fino a 35 m). La correzione adottata in precedenza dal JPL era un algoritmo di bordo che confronta le immagini delle camere con le mappe orbitali. Maimone descrive ora un software più recente che permette al rover di verificare la propria posizione rispetto alle mappe orbitali durante il tragitto. Aggiunge che insegna a Perseverance a sterzare meno e ad avanzare di più. Il JPL non ha pubblicato dati sulle prestazioni di questo aggiornamento, quindi il suo effetto non è quantificato.

05Limiti e problemi aperti

Il primo limite è la luce solare. La luce intensa può disturbare le camere di navigazione e la lettura del terreno da parte del software. Quando si guida verso il Sole, i pianificatori attualmente interrompono la guida entro metà pomeriggio. Maimone definisce la luce solare stessa la prossima frontiera: insegnare al rover a vedere oltre l'abbagliamento darebbe a ogni futuro rover una giornata di lavoro più lunga.

Il secondo è che ENav ragiona sulla geometria, non sul materiale. L'articolo su ENav indica la classificazione del terreno come sviluppo futuro. Permetterebbe ai rover di evitare pericoli non geometrici, come la sabbia scivolosa.

Il terzo è quanta parte della pianificazione a Terra possa essere automatizzata. Secondo un resoconto secondario che cita l'annuncio del JPL di gennaio 2026, nel dicembre 2025 un modello visione-linguaggio ha analizzato immagini orbitali e dati altimetrici e ha generato waypoint per il rover. Gli ingegneri hanno verificato i comandi in una replica digitale su oltre 500.000 variabili di telemetria prima della trasmissione. Non sono riuscito a verificare i dettagli sul comunicato del JPL. Se fossero confermati, lo schema sarebbe lo stesso di AutoNav: un modello limitato propone e un verificatore prudente dispone.

06Lezioni per la robotica autonoma

1. L'architettura batte la potenza di calcolo grezza. Ruote e classe di CPU sono rimaste vicine a quelle di Curiosity. L'aggiunta di un coprocessore di visione e l'eliminazione del ciclo fermati-e-aspetta hanno cambiato la produttività di un ordine di grandezza.
2. Limitare il controllo costoso. ACE viene eseguito solo su pochi candidati in classifica, così il costo di sicurezza nel caso peggiore resta prevedibile su hardware lento.
3. L'autonomia richiede un budget di localizzazione. Guidare più in fretta aumenta il rischio di deriva, ed è per questo che il confronto con le mappe orbitali è importante.
4. L'essere umano resta nel ciclo. Definisce obiettivi e zone di esclusione. L'autonomia accorcia il ciclo ma non lo elimina.

La missione ha ancora strada davanti a sé. La NASA ha approvato una prima missione estesa, da ottobre fino a circa la fine del 2028. Il responsabile del progetto Steven Lee si aspetta che il rover continui ad ampliare questo record per molti anni a venire. I prossimi progressi dipendono da software come la gestione dell'abbagliamento e la localizzazione durante il tragitto, non da nuovo hardware.