MicroBots planetari. Credit imagine: NASA Faceți clic pentru a mări
Interviu cu Penny Boston, partea I
Dacă vrei să călătorești spre stele îndepărtate sau să găsești viață pe altă lume, este nevoie de un pic de planificare. Acesta este motivul pentru care NASA a înființat NIAC, Institutul NASA pentru concepte avansate. În ultimii câțiva ani, NASA a încurajat oamenii de știință și inginerii să gândească în afara cutiei, să vină cu idei tocmai această latură a științei ficțiunii. Speranța lor este ca unele dintre aceste idei să răspundă și să ofere agenției tehnologii pe care le poate folosi 20, 30 sau 40 de ani pe drum.
NIAC oferă finanțare în mod competitiv. Doar câteva mii de propuneri sunt finanțate. Finanțarea din faza I este minimă, suficient pentru ca cercetătorii să-și expună ideea pe hârtie. Dacă ideea arată merit, atunci poate obține finanțare în faza II, permițând cercetării să continue de la conceptul pur la stadiul de prototip brut.
Unul dintre proiectele care au primit finanțare în faza a II-a la începutul acestui an a fost o colaborare între Dr. Penelope Boston și Dr. Steven Dubowsky pentru a dezvolta „microboturi” care pot explora terenuri periculoase, inclusiv peșteri subterane. În cazul în care proiectul se termină, pot fi trimise într-o zi pentru a căuta viață sub suprafața planetei Marte.
Bostonul petrece mult timp în peșteri, studiind microorganismele care trăiesc acolo. Este directorul programului de studii peșteră și carstică și profesor asociat la New Mexico Tech în Socorro, New Mexico. Dubowsky este directorul Laboratorului de robotizare spațială și spațiului MIT din MIT, în Cambridge, Massachusetts. Este cunoscut în parte pentru cercetările sale asupra mușchilor artificiali.
Revista Astrobiology a intervievat Bostonul la scurt timp după ce ea și Dubowsky au primit subvenția lor de faza II NIAC. Acesta este primul interviu în două părți. Revista Astrobiologie (AM): Dvs. și Dr. Steven Dubowsky ați primit recent finanțare de la NIAC pentru a lucra la ideea de a utiliza roboți în miniatură pentru a explora peșterile subterane de pe Marte? Cum a apărut acest proiect?
Penny Boston (PB): Am lucrat destul de mult în peșterile de pe Pământ, cu ochii în privința locuitorilor microbieni din aceste medii unice. Credem că pot servi drept șabloane pentru căutarea formelor de viață pe Marte și alte corpuri extraterestre. Am publicat o lucrare în 1992, cu Chris McKay și Michael Ivanov, care sugerează că sub-suprafața planetei Marte va fi ultimul refugiu al vieții pe această planetă, pe măsură ce a devenit mai rece și mai uscat în timp geologic. Asta ne-a pus în afacerea de a privi în subsol pe Pământ. Când am făcut acest lucru, am descoperit că există o serie uimitoare de organisme care sunt aparent indigene în suburbie. Acestea interacționează cu mineralogia și produc biosignaturi unice. Deci a devenit o zonă foarte fertilă pentru noi să studiem.
Să nu ajungi în peșteri dificile chiar și pe această planetă. Traducerea în misiuni extraterestre robotizate necesită o anumită gândire. Avem date de imagini bune de pe Marte care prezintă dovezi geomorfologice distincte pentru cel puțin peșteri cu tub de lavă. Știm deci că Marte are cel puțin un tip de peșteră care ar putea fi o țintă științifică utilă pentru misiunile viitoare. Este plauzibil să ne gândim că există și alte tipuri de peșteri și avem un document în presă într-o viitoare hârtie specială a Societății Geologice din America, care explorează mecanisme unice de formare a peșterilor (speleogenetice) de pe Marte. Marele punct de lipire este cum să te ocolești pe un teren atât de riguros și dificil.
AM: Puteți descrie ce ați făcut în prima fază a proiectului?
PB: În faza I, am dorit să ne concentrăm pe unități robotizate care erau mici, foarte numeroase (deci cheltuieli), în mare parte autonome și care aveau mobilitatea necesară pentru a intra pe terenurile accidentate. Pe baza lucrărilor continue ale doctorului Dubowsky cu mișcare robotică activată cu mușchi artificiali, am venit cu ideea a numeroase, multe, mici sfere mici, despre dimensiunea mingilor de tenis, care în esență au hop, aproape ca boabele mexicane care sărit. Stochează energia musculară, ca să zic așa, și apoi se fierb singuri în diverse direcții. Așa se mișcă.
credit: Render de R.D.Gus Frederick
Setări planetare pentru explorarea suprafeței planetare și a suprafeței la scară largă. Faceți clic pe imagine pentru o vedere mai mare.
Credit imagine: Render de R.D.Gus Frederick
Am calculat că probabil am putea împacheta aproximativ o mie de dintre acești oameni într-o masă de sarcină utilă de dimensiunea unuia dintre MER-urile actuale (Row Exploration Mars). Acest lucru ne-ar oferi flexibilitatea de a suferi pierderea unui procent mare de unități și avem încă o rețea care ar putea face reconciliarea, detectarea, imagistica și poate chiar și alte funcții științifice.
AM: Cum se coordonează toate aceste sfere mici?
PB: Se comportă ca un roi. Ele se raportează între ele folosind reguli foarte simple, dar asta produce o mare flexibilitate în comportamentul lor colectiv care le permite să răspundă cerințelor unui teren imprevizibil și periculos. Produsul final pe care îl imaginăm este o flotă de acești băieți care sunt trimiși pe un site de aterizare promițătoare, care ies din lander și apoi se îndreaptă spre o suprafață sau un alt teren periculos, unde se desfășoară ca rețea. Acestea creează o rețea de comunicații celulare, de la un nod la altul.
AM: Sunt capabili să controleze direcția în care au sărit?
PB: Avem aspirații ca ei să fie în cele din urmă foarte capabili. Pe măsură ce trecem în faza a II-a, lucrăm cu Fritz Printz la Stanford la celulele de combustibil ultra-miniatură pentru a-i alimenta pe acești băieți, ceea ce le-ar permite să poată face o serie de lucruri destul de complexe. Una dintre aceste capabilități este aceea de a avea un control asupra direcției în care merg. Există anumite modalități prin care pot fi construite care le pot permite să meargă preferențial într-o direcție sau alta. Nu este chiar atât de precis pe cât ar fi, dacă ar fi rover roți care merg doar pe un drum drept. Însă, în mod preferențial, se pot angaja mai mult sau mai puțin în direcția în care doresc să meargă. Deci, ne gândim că acestea vor avea cel puțin un control brut asupra direcției. Dar o mare parte din valoarea lor are legătură cu mișcarea lor de roi ca un nor în expansiune.
Oricât de minunați sunt roverii MER, pentru genul de știință pe care îl fac, am nevoie de ceva mai asemănător cu ideea robotului de insecte pionierat de Rodney Brooks la MIT. Faptul că mă puteam apuca de modelul de inteligență al insectelor și de adaptare pentru explorare îmi atrăgea multă vreme. Adăugând asta la mobilitatea unică oferită de ideea de săritură a doctorului Dubowsky, cred, poate permite unui procent rezonabil din aceste mici unități să supraviețuiască pericolelor terenului subteran - asta mi s-a părut doar o combinație magică.
HB: Deci, în faza I, s-a construit vreunul dintre acestea?
PB: Nu. Faza I, cu NIAC, este un studiu de încărcare a creierului, care împinge creionul, de șase luni, pentru a extinde stadiul tehnologiilor relevante. În faza a II-a, vom face o cantitate limitată de prototipare și testare pe teren, pe o perioadă de doi ani. Acest lucru este mult mai mic decât ceea ce ar putea avea nevoie pentru o misiune reală. Dar, desigur, acesta este mandatul NIAC, de a examina tehnologia între 10 și 40 de ani. Ne gândim că acest lucru este probabil în intervalul 10 - 20 de ani.
AM: Ce fel de senzori sau echipamente științifice îți închipui că sunt capabili de a pune aceste lucruri?
PB: Imagistica este în mod clar ceva ce ne-am dori să facem. Deoarece camerele devin incredibil de mici și robuste, există deja unități din gama de dimensiuni care ar putea fi montate pe aceste lucruri. Unele dintre unități ar putea fi echipate cu capacitate de mărire, astfel încât să putem privi texturile materialelor pe care sunt debarcate. Integrarea imaginilor realizate de camerele mici pe o mulțime de unități mici este unul dintre domeniile pentru dezvoltarea viitoare. Acest lucru nu depășește scopul acestui proiect, dar la asta ne gândim pentru imagini. Și apoi, cu siguranță senzori chimici, fiind capabili să adulmeze și să simtă mediul chimic, ceea ce este foarte critic. Totul, de la nasuri minuscule la laser, până la electrozi selectivi de ioni pentru gaze.
Avem în vedere să le avem nu toate identice, ci mai degrabă un ansamblu, cu suficiente tipuri de unități dotate cu diferite tipuri de senzori, astfel încât probabilitatea să fie în continuare ridicată, chiar și având în vedere pierderi destul de mari de număr de unități, încât ar mai avea o suită completă de senzori. Chiar dacă fiecare unitate individuală nu poate avea o sarcină utilă uriașă de senzori pe ea, ai putea avea suficient încât să poată da o suprapunere semnificativă cu colegii săi.
AM: Va fi posibil să se facă teste biologice?
PB: Cred că da. Mai ales dacă vă imaginați intervalul de timp pe care îl analizăm, cu avansurile care vin online, de la puncte cuantice la dispozitive de laborator pe chip. Desigur, dificultatea este de a obține material de probă pentru aceia. Însă, atunci când avem de-a face cu unități de contact la sol mici, precum microbotele noastre de sărit, este posibil să le poți poziționa direct pe materialul pe care doresc să îl testeze. În combinație cu microscopie și imagini de câmp mai larg, cred că este capacitatea de a face unele lucrări biologice serioase.
AM: Aveți ideea care sunt etapele pe care sperați să le atingeți în timpul proiectului dvs. de doi ani?
PB: Așteptăm ca, până în martie, să avem prototipuri brute care să aibă mobilitatea relevantă. Dar acest lucru poate fi excesiv de ambițios. Odată ce avem unități mobile, planul nostru este să facem teste pe teren în peșterile reale cu tuburi de lavă pe care le facem știință în New Mexico.
Site-ul de teren este deja testat. Ca parte a Fazei I, grupul MIT a ieșit și le-am învățat un pic despre specie și cum era terenul. Era un mare deschizător de ochi pentru ei. Este un lucru să proiectăm roboți pentru sălile MIT, dar este un alt lucru să le proiectăm pentru medii stâncoase din lumea reală. A fost o experiență foarte educativă pentru toți. Cred că au o idee destul de bună care sunt condițiile pe care trebuie să le îndeplinească cu designul lor.
AM: Care sunt acele condiții?
PB: teren extrem de neuniform, o mulțime de fisuri în care acești tipi ar putea fi blocați temporar. Așadar, vom avea nevoie de moduri de operare care să le permită să se extragă, cel puțin cu o șansă rezonabilă de succes. Provocările comunicării linii vizuale pe o suprafață extrem de aspră. Trecând peste bolovani mari. Am rămas blocați în mici crăpături. Lucruri de acest fel.
Lava nu este netedă. Interiorul tuburilor de lavă este intrinsec neted după ce s-au format, dar există o mulțime de materiale care se micșorează, se fisură și cad. Așadar, există mormane de moloz pentru a vă ocoli și de-a lungul și multe schimbări elevative. Și acestea sunt lucruri pe care roboții convenționali nu au capacitatea de a le face.
Sursa originală: Astrobiologia NASA
