SLAM Simulation Framework for Planetary Exploration

Born in the nineties, space exploration originated in a social context driven by uncertainties and great nationalism. Fueled by the well-known space race, space exploration brought great innovation in all aspects of daily life: from everyday items to the behaviour of the masses. With the continuous development of technology, space exploration is now directed to far-away stars and planets. The aim is to find breakthroughs in science and find answers to questions about how planets are formed and how they evolved by looking at the myriad existing planets. One way to do so is to deploy rovers on the surface of a planet to examine the surface and understand the history of the planet itself. To do so, particular attention has to be paid to how the rover can work on the surface by considering the fact that communications with the rovers are not instantaneous, but delayed due to the distance between the transmitter and the receiver. For the rover to be able to work independently robotics problems are analysed and solved inside the hardware and software of the rover. One of the most exotic is the simultaneous localization and mapping problem, or SLAM, which is at the basis of autonomous navigation and behind planetary exploration. In this work, the state of art of the SLAM problem, how it evolved and its possible solutions are analyzed by experimenting with a Mars planetary exploration in a completely simulated environment. The purpose of the simulation is to create a basic framework useful for future applications for any kind of exploration mission.

Nato negli anni novanta, l'esplorazione dello spazio ha avuto origine in un contesto sociale guidato dall'incertezza e dal grande nazionalismo. Alimentata dalla ben nota corsa allo spazio, l'esplorazione spaziale ha portato grande innovazione in tutti gli aspetti della vita quotidiana: dagli oggetti di tutti i giorni al comportamento delle masse. Con lo sviluppo continuo della tecnologia, l'esplorazione dello spazio è ora rivolta verso stelle e pianeti lontani. L'obiettivo è progredire scientificamente e rispondere a domande su come si sono format ed evoluti i pianeti osservando i miriadi di pianeti esistenti. Un modo per poter studiare in modo approfondito un pianeta lontano è di schierare sulla sua superficie un rover che consenta di analizzarla nel dettaglio e comprendere la sua evoluzione nel tempo. Per far ciò, deve essere prestata particolare attenzione a come il rover può funzionare sulla superficie considerando in particolar modo le comunicazioni tra Terra e rover che non sono instantanee, ma ritardate a causa della grande distanza tra il trasmettitore e il ricevitore. Per consentire al rover di lavorare in modo indipendente, vengono analizzati e risolti problemi di robotica legati agli hardware e ai software del rover. Tra questi, uno dei più importanti ed esotici è il problema della localizzazione e mappatura simultanea, che è alla base della navigazione autonoma e dell'esplorazione planetaria. In questo lavoro, lo stato dell'arte del problema dello SLAM, come si è evoluto e le sue possibili soluzioni sono analizzate sperimentando un'esplorazione planetaria di Marte in un ambiente completamente simulato. L'obiettivo della simulazione è quello di creare una base utile per ogni tipo di missione esplorativa.