Planetarni MicroBots. Kreditna slika: NASA Klikni za povečavo
Intervju s Penny Boston, I. del
Če želite potovati do daljnih zvezd ali poiskati življenje na drugem svetu, je potrebno malo načrtovanja. Zato je NASA ustanovila NIAC, NASA-in inštitut za napredne koncepte. Nasa že nekaj let znanstvenike in inženirje spodbuja k razmišljanju zunaj okvira, da bi si zamislili ravno to plat znanstvene fantastike. Njihovo upanje je, da se bodo nekatere od teh idej izmuznile in agenciji zagotovili tehnologije, ki jih bo lahko uporabljala 20, 30 ali 40 let po poti.
NIAC zagotavlja financiranje na konkurenčni osnovi. Financira se le peščica od več deset predloženih predlogov. Financiranje v prvi fazi je minimalno, ravno toliko, da raziskovalci svoje ideje predstavijo na papirju. Če se ideja izkaže za zasluge, lahko nato pridobi fazo II, kar bo omogočilo nadaljevanje raziskave od čistega koncepta do faze surovega prototipa.
Eden od projektov, ki je v letošnjem letu prejel financiranje faze II, je bilo sodelovanje med dr. Penelope Boston in dr. Stevenom Dubowskim za razvoj »skočnih mikrobotov«, ki bi lahko raziskovali nevarne terene, vključno s podzemnimi jamami. Če se projekt odpravi, lahko kakšen dan pošljejo skok mikroboti, da bi iskali življenje pod površjem Marsa.
Boston preživi veliko časa v jamah in preučuje mikroorganizme, ki tam živijo. Je direktorica jamskega in kraškega študijskega programa in izredna profesorica na New Mexico Techu v Socorroju v Novi Mehiki. Dubowsky je direktor laboratorija za področje in vesoljsko robotiko MIT na MIT v Cambridgeu v Massachusettsu. Deloma je znan po svojih raziskavah umetnih mišic.
Revija Astrobiology je intervjuvala Boston kmalu po tem, ko sta ona in Dubowsky prejela dotacijo NIAC faze II. To je prvi dvodelni intervju. Astrobiology Magazine (AM): Vi in dr Steven Dubowsky sta nedavno od NIAC prejeli sredstva za delo pri zamisli o uporabi miniaturnih robotov za raziskovanje podzemnih jam na Marsu? Kako je nastal ta projekt?
Penny Boston (PB): Zelo veliko smo delali v jamah na Zemlji, da bi preučili mikrobne prebivalce teh edinstvenih okolij. Menimo, da lahko služijo kot predloge za iskanje življenjskih oblik na Marsu in drugih nezemeljskih teles. Članek sem objavil leta 1992 s Chrisom McKayom in Michaelom Ivanovom, ki kažejo, da bi bilo podzemlje Marsa zadnje zatočišče življenja na tem planetu, saj bo skozi geološki čas postajala hladnejša in suha. S tem smo se lotili pogleda v podzemlje na Zemlji. Ko smo to storili, smo odkrili, da obstaja neverjetno paleta organizmov, ki so očitno staroselci podzemlja. Medsebojno vplivajo na mineralogijo in proizvajajo edinstvene biosignature. Tako je za nas postalo zelo plodno območje za študij.
Tudi v tem jame na tem planetu ni tako enostavno. Prevajanje tega v robotske nezemeljske misije zahteva nekaj razmišljanja. Z Marsa imamo dobre slikovne podatke, ki prikazujejo izrazite geomorfološke dokaze za vsaj jame z lava-cevmi. Tako vemo, da ima Mars vsaj tisto vrsto jame, ki bi lahko bila koristna znanstvena tarča za prihodnje misije. Verjetno je misliti, da obstajajo tudi druge vrste jam, v prihajajočem posebnem dokumentu Geološkega združenja Amerike pa bomo objavili prispevek, ki raziskuje edinstvene (speleogenetske) mehanizme na Marsu. Velika prelomna točka je, kako se na tako strogem in težkem terenu prebiti.
AM: Ali lahko opišete, kaj ste počeli v prvi fazi projekta?
PB: V prvi fazi smo se želeli osredotočiti na robotske enote, ki so majhne, zelo številne (torej potrošne), ki so večinoma samostojne in so imele mobilnost, ki je bila potrebna za vstop na razgibane terene. Na podlagi nenehnega dela dr. Dubowskega z robotskim gibom, ki se aktivira z umetnimi mišicami, smo si zamislili veliko, veliko, drobnih majhnih kroglic, velikosti teniških žog, ki v bistvu skačejo, skoraj kot mehiški skakalni fižol. Tako rekoč shranijo mišično energijo, nato pa se razveselijo v različnih smereh. Tako se premikajo.
kredit: Render R.D.Gus Frederick
Planetarna nastavitev za velike planetarne raziskave površin in podzemlja. Kliknite sliko za večji prikaz.
Kreditna slika: upodablja R.D.Gus Frederick
Izračunali smo, da bi verjetno lahko spakirali približno tisoč teh fantov v maso koristnega tovora v velikosti enega od trenutnih MER-ov (Mars Exploration Rovers). To bi nam omogočilo prožnost, da utrpimo izgubo velikega odstotka enot in bi še vedno imeli mrežo, ki bi lahko izvajala rekonstrukcijo in zaznavanje, slikanje in morda celo nekatere druge znanstvene funkcije.
AM: Kako se usklajujejo vse te male krogle?
PB: Obnašajo se kot roj. Med seboj se povezujejo z zelo preprostimi pravili, vendar to ustvarja veliko prožnosti v njihovem skupinskem vedenju, ki jim omogoča, da izpolnijo zahteve nepredvidljivega in nevarnega terena. Končni izdelek, ki si ga zamislimo, je flota teh majhnih fantov, ki jih pošljejo na neko obetavno pristajalno mesto, izstopijo iz zemlje in nato preidejo na neko podzemlje ali drug nevarni teren, kjer se postavijo kot omrežje. Ustvarjajo mobilno komunikacijsko omrežje na osnovi vozlišča do vozlišča.
AM: Ali lahko nadzirajo smer, v kateri skočijo?
PB: Naši cilji so končno zelo sposobni. Ko prehajamo v fazo II, sodelujemo s Fritzom Printzom na Stanfordu na ultra miniaturnih gorivnih celicah, da bi napajali te fante, kar bi jim omogočilo, da lahko opravijo dokaj zapleteno paleto stvari. Ena od teh zmogljivosti je, da imajo nekaj nadzora nad smerjo, v katero gredo. Obstajajo določeni načini, kako jih je mogoče zgraditi, kar jim omogoča, da prednostno gredo v eno ali drugo smer. Ni ravno tako natančno, kot bi bilo, če bi kolesarji samo vozili po pravi poti. Vendar se prednostno ne morejo bolj ali manj odpraviti v smer, v katero želijo iti. Zato predvidevamo, da bodo imeli vsaj surov nadzor nad smerjo. Toda veliko njihove vrednosti je povezano z gibanjem roja kot oblakom, ki se širi.
Tako čudoviti kot so roverji MER potrebujem nekaj takega, kar me zanima, bolj podobna ideji o robotih žuželk, ki jo je na MIT pobral Rodney Brooks. Že dolgo me je privlačilo, da bi se lahko vključil v model inteligence in napadov na žuželke. Če to dodam edinstveni mobilnosti, ki jo ponuja zamisel dr. Dubowskega, mislim, da lahko razumnemu odstotku teh majhnih enot omogočimo preživetje nevarnosti podzemnega terena - to se mi je zdelo kot čarobna kombinacija.
HB: Torej sem se v I. fazi sploh kaj od tega zgradilo?
PB: Ne. Faza I, NIAC, je šestmesečna študija napenjanja možganov, ki se potiska s svinčnikom, da bi lahko uporabila najsodobnejše tehnologije ustreznih tehnologij. V fazi II bomo naredili omejeno količino prototipiranja in testiranja na terenu v obdobju dveh let. To je veliko manj od tistega, kar bi človek morda potreboval za dejansko misijo. Seveda je to NIAC-ov mandat, da preuči tehnologijo 10 do 40 let. Mislimo, da je to verjetno v razponu od 10 do 20 let.
AM: Kakšne vrste senzorjev ali znanstvene opreme menite, da bi lahko vložili te stvari?
PB: Slikanje je očitno nekaj, kar bi radi počeli. Ko so kamere neverjetno drobne in robustne, so v velikosti že na voljo enote, ki bi jih lahko namestili. Morebiti bi lahko nekatere enote postavile s povečevanjem, da bi si lahko ogledali teksture materialov, na katere pristajajo. Vključevanje slik, ki jih posnamejo majhne kamere na veliko različnih enot, je eno od področij za prihodnji razvoj. To je zunaj obsega tega projekta, vendar to razmišljamo za slikanje. In potem zagotovo kemični senzorji, ki znajo vohati in občutiti kemično okolje, kar je zelo kritično. Vse od drobnih laserskih nosnic do ionov-selektivnih elektrod za pline.
Predvidevamo si, da ne bodo vsi enaki, temveč celo zasedbo z dovolj različnimi vrstami enot, opremljenih z različnimi tipalami, tako da bi bila verjetnost še vedno velika, tudi glede na dokaj velike izgube števila enot, da bi še vedno imel celoten nabor senzorjev. Čeprav vsaka posamezna enota na sebi ne more imeti velikega bremena senzorjev, bi jo lahko imeli dovolj, da bi lahko znatno prekrivala svoje kolege.
AM: Ali bo mogoče opraviti biološko testiranje?
PB: Mislim, da je tako. Še posebej, če si predstavljate časovni okvir, ki ga gledamo, z napredki, ki prihajajo na splet, z vsemi, od kvantnih pik do naprav z laboratorijskim čipom. Seveda je težava pri pridobivanju vzorčnega materiala do tistih. Toda, ko imamo opravka z majhnimi enotami za stik z zemljo, kot so naši skok mikroboti, jih lahko postavite neposredno nad gradivo, ki ga želijo preizkusiti. V kombinaciji z mikroskopijo in slikami s širšim poljem menim, da obstaja sposobnost za resno biološko delo.
AM: Ali imate predstavo o tem, kakšni so mejniki, ki jih upate doseči med svojim dveletnim projektom?
PB: Predvidevamo, da bomo do marca morda imeli surove prototipe, ki imajo ustrezno mobilnost. Toda to je morda preveč ambiciozno. Ko imamo mobilne enote, je naš načrt opraviti terensko testiranje v pravih jamah z lavaste cevi, za katere v Novi Mehiki delamo znanost.
Spletno mesto na terenu je že preizkušeno. Kot del faze I je izšla skupina MIT in sem jih malo poučila o jamarstvu in kakšen je bil teren v resnici. To je bilo zanje veliko odpiralo oči. Ena stvar je oblikovati robote za dvorane MIT, druga pa je, da jih oblikujete v resničnih skalnih okoljih. Za vse nas je bila to zelo izobraževalna izkušnja. Mislim, da imajo precej dobro predstavo, kakšni so pogoji, ki jih morajo izpolnjevati s svojo zasnovo.
AM: Kakšni so ti pogoji?
PB: Izredno neenakomeren teren, veliko razpok, ki bi jih lahko ti začasno zataknili. Zato bomo potrebovali načine delovanja, ki jim bodo omogočili, da se iztrebijo, vsaj z razumno možnostjo za uspeh. Izzivi komunikacije brez vida na zelo grobi površini. Prehod čez velike balvane. Zatiranje v majhnih razpokah. Takšne stvari.
Lava ni gladka. Notranjost lavnih cevi je po oblikovanju v bistvu gladka, vendar je veliko materiala, ki se skrči, razpoka in pade dol. Torej obstajajo kupi ruševin, ki jih je mogoče obiti in znova, in veliko višinskih sprememb. In to so običajni roboti, ki tega ne zmorejo.
Izvirni vir: NASA Astrobiology
