On a trouvé du Zigbee sur Mars !

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Avez-vous suivi les premières aventures du rover Perseverance qui s’est posé sur Mars en février dernier? C’était amusant de voir le robot se poser sur la surface de Mars, prêt à l’explorer. C’était encore plus fascinant de voir les vidéos, avec le son martien pour la première fois, et les photos revenir sur Terre. Une partie de la technologie qui rend possible la communication entre le rover et la NASA est le Zigbee, un protocole de communication initialement conçu pour les Smart Homes et qui a été emprunté pour cette fabuleuse épopée spatiale.

Parmi les protocoles domotiques, le Zigbee est bien celui qui est en vogue en ce moment. Il a la cote bien évidemment du côté de la Smart Home et il trouve également sa place dans les Smart Buildings, mais aussi dans des secteurs où on l’attend un peu moins comme c’est le cas dans diverses activités industrielles. Dernièrement, c’est hors de notre bonne planète Terre qu’il apporte sa contribution de protocole fiable et performant pour des communications sans fils. Il est arrivé sur Mars et participe aux missions du robot Perseverance et de son ami le drone Ingenuity.

La mission Mars 2020 a apporté sur le sol martien, deux nouveaux robots. Le robot principal est le rover nommé Perseverance. Pour cette mission, il est accompagné par un drone, Ingenuity. Il aura l’honneur d’être le premier objet volant humain pouvant se déplacer proche de la surface de cette planète. Afin que les 2 robots ne se perdent pas de vue, un cordon de sécurité est nécessaire pour les reliés. Cette communication sans fil est assurée par le Zigbee.

Le Zigbee assure la communication entre les 2 robots en vadrouille sur mars ( Credit : NASA/JPL-Caltech )

Comment et pourquoi le Zigbee en est arrivé à être retenu pour un voyage martien ? Comme c’est souvent le cas pour des rencontres improbables, il faut un peu de chance et de talent.

Des qualités reconnues

Si le Zigbee a été retenu pour assurer la communication entre le rover et son drone, c’est bien évidemment pour ses caractéristiques adaptées aux contraintes de la mission. Le drone Ingenuity doit pouvoir évoluer autour du robot terrestre Perseverance pour effecteur ses clichés depuis le ciel martien. Dans son exploration, il ne faut pas qu’il se perde ou qu’il ne sache plus où se trouve le rover Perseverance.

Sur terre, le maintien de cette communication aurait été grandement facilité par le GPS. Le drone aurait volé en toute autonomie, vacant à ses occupations scientifiques jusqu’à revenir au rover tout seul en se laissant guider par le GPS. Seulement voilà: sur Mars point de GPS. Il ne faut pas oublié que cette technologie ne fonctionne que par la présence de satellites dans le ciel. Ils sont inexistants dans le ciel martien. Le Zigbee remplit donc un role de (sans) fil d’Ariane en assurant la communication robuste entre ces 2 machines.

La technologie embarquée dans Ingenuity

Ingenuity et Perseverance auraient pu être équipés d’un protocole de communication sans fil créé spécifiquement pour cette mission. Les ingénieurs de la Nasa ont eu le nez creux de regarder d’abord ce qu’il existait sur Terre. Les communications de type GSM était hors course. Il n’y a pas d’antennes sur Mars et il n’est pas prévu d’en planter. Le Bluetooth est un protocole sans fil économe en énergie, mais il avait un gros point faible : la portée du signal. Même si les robots naviguent en champs libre d’obstacles, les 15 mètres max de portée de ce protocole étaient trop peu. Le Z-Wave via sa déclinaison en Long Range est trop récent pour pouvoir prétendre à une mission si lointaine. Le Wi-Fi? Trop énergivore. Finalement le Zigbee offrant une faible consommation, une bonne gestion de l’énergie, une communication robuste et une portée de signal de 100 mètres étant un prétendant très sérieux pour permettre cette aventure.

Le faible coût d’intégration a permis d’équiper le rover et son drone de puces de communication Zigbee autorisant une discussion dans les fréquences autour des 900MHz . Sa faible consommation assure le fait de ne pas trop puiser dans les batteries des machines pour garantir la communication au détriment de la mission, de la durée de vol et de la survie du drone. En effet, environ 30 % des batteries les batteries d’Ingenuity sont déjà utilisées uniquement pour s’assurer que le véhicule puisse survivre au froid sur Mars et particulièrement à la nuit martienne…

Les missions d’exploration d’Ingenuity sur Mars ( Credit : NASA/JPL-Caltech )

Des rencontres décisives

Le facteur chance de cette rencontre improbable entre une technologie sans fil pour la Smart Home et l’exploration spatiale est à rechercher du côté d’Amazon et son assistant Alexa. C’est autour de l’assistant vocal d’Amazon, dont certains modèles embarquent le protocole Zigbee, que la chance a été provoquée par Tobin Richardson le CEO et président de la Zigbee Alliance. Il a su faire la promotion de ce protocole au bon moment à la bonne personne comme il le raconte à ZDNet:

J’ai eu la chance de participer à une conférence organisée par Amazon il y a cinq ans, au cours de laquelle j’ai rencontré le chef de projet du Mars Rover et découvert le travail incroyable qu’ils effectuaient, dont nous n’avions même pas connaissance à l’époque. Et je ne sais pas si Zigbee en faisait partie. Mais il s’agit de la communication entre le rover et l’hélicoptère. L’hélicoptère vole de manière autonome. Lorsqu’il est en vol, il peut renvoyer des données sur son emplacement ainsi que des informations sur la batterie et d’autres choses du même acabit lorsqu’il atterrit. C’est donc la télémétrie de la mission qui peut lui revenir. Il y a une radio Zigbee de 900 mégahertz sur le rover et une autre sur l’hélicoptère lui-même qui peuvent communiquer de cette façon.

Tobin Richardson le CEO et président de la Zigbee Alliance dans une interview à ZDNet

Sur Mars, l’hélicoptère Ingenuity a pour mission de prendre des clichés permettant aux scientifiques de mieux connaitre cette planète. Il doit effectuer cinq vols sur une trentaine de jours pendant son séjour sur la planète rouge. Si tous les tests et contrôles sont au vert, le 8 avril au plus tôt, Ingenuity tentera de décoller, de monter à 3 mètres et d’y rester pendant 30 secondes. L’équipe sur terre devrait savoir si le vol a été un succès dans les deux heures qui suivent, et peut-être même obtenir des images en noir et blanc grâce aux caméras embarquées d’Ingenuity. Des images en couleur seront prises quelques jours plus tard. Si tout fonctionne comme prévu, c’est que le Zigbee aura alors rempli sa mission sur Mars.

Les concepteurs de ce protocole n’auraient sans doutes jamais imaginé un seul instant que le mode de communication qui assure la discussion entre de très nombreux périphériques de la Smart Home serait embarqué un jour sur des robots à destination de Mars pour assurer leurs coordinations martiennes. Si le Zigbee remplit brillamment sa mission et son rôle dans les communications entre robots, il pourra s’enorgueillir de rentrer dans l’Histoire en permettant de rendre possible ce qui deviendrait le premier décollage et atterrissage motorisé réalisé par l’homme sur une autre planète. Pour la Zigbee Alliance c’est un beau coup de pub!

Voici comment a été conçu l’hélicoptère Ingenuity pour les missions martiennes 

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