Planetáris MicroBots. Kép jóváírása: NASA Kattintson a nagyításhoz
Interjú Penny Bostonnal, I. rész
Ha távoli csillagokhoz szeretne utazni, vagy egy másik világon szeretne életet keresni, egy kicsit megtervezi. Ezért a NASA létrehozta a NIAC-t, a NASA Haladó Koncepciók Intézetét. Az elmúlt években a NASA arra ösztönözte a tudósokat és a mérnököket, hogy gondolkodjanak a dobozon kívül, hogy csak a tudományos fantasztika ezen oldalán dolgozzanak ki ötleteket. Reméljük, hogy ezen ötletek egy része megvalósul, és olyan technológiákat biztosít az ügynökség számára, amelyeket 20, 30 vagy 40 évig felhasználhat az úton.
A NIAC versenyképes alapon nyújt finanszírozást. A benyújtott több tucat javaslat közül csak néhányat finanszíroznak. Az I. szakasz finanszírozása minimális, elegendő ahhoz, hogy a kutatók papíron kidolgozzák ötletüket. Ha az ötlet érdemeket mutat, akkor II. Fázisú támogatást kaphat, lehetővé téve a kutatás folytatását a tiszta koncepciótól a nyers prototípus szakaszáig.
Az egyik olyan projekt, amely idén a II. Fázisban részesült támogatásban, Dr. Penelope Boston és Dr. Steven Dubowsky volt az együttmûködés egy „ugráló mikrobot” kifejlesztésére, amely képes felfedezni a veszélyes terepet, ideértve a földalatti barlangokat. Ha a projekt kifogy, a mikrobotok egy nap elküldhetők a Mars felszíne alatti élet keresésére.
Boston sok időt tölt a barlangokban, és megvizsgálja az ott élő mikroorganizmusokat. A barlang- és karszt-kutatási program igazgatója és egyetemi docens a New Mexico Tech-ben, Socorro-ban, az új mexikói központban. Dubowsky az MIT terepi és űrrobotikai laboratóriumának igazgatója a MIT-nél, Cambridge-ben, Massachusettsben. Részben a mesterséges izmok kutatásáról ismert.
Az Astrobiology Magazine röviddel interjút adott Bostonról, miután megkapta Dubowsky II. Fázisának NIAC pályázatát. Ez az első egy két részből álló interjú. Astrobiology Magazine (AM): Te és Dr. Steven Dubowsky nemrégiben kapott támogatást az NIAC-től annak a gondolatnak a kidolgozására, hogy miniatűr robotok használják fel a Mars felszín alatti barlangjainak felfedezésére? Hogyan jött létre ez a projekt?
Penny Boston (PB): Nagyon sok munkát végeztünk a Föld barlangjaiban azzal a szemmel, hogy megnézzük ezen egyedülálló környezet mikrobiális lakóit. Úgy gondoljuk, hogy ezek sablonokként szolgálnak a Marson és más földön kívüli testekben élő életformák kereséséhez. 1992-ben publikáltam egy cikket Chris McKay és Michael Ivanov közreműködésével, amelyben azt sugallta, hogy a Mars felszíne az élet utolsó menedéke lesz a bolygón, mivel a földtani idő során hidegebbé és szárazabbá válik. Ez bevitt minket arra, hogy a Föld felszínét vizsgáljuk meg. Amikor ezt megtettük, felfedeztük, hogy van egy csodálatos sokféle organizmus, amelyek látszólag őshonos az aljzatban. Kölcsönhatásba lépnek az ásványtani kutatókkal és egyedi bio-aláírásokat állítanak elő. Tehát ez nagyon termékeny terület lett számunkra a tanuláshoz.
Bejutni nehéz barlangokba még ezen a bolygón sem olyan könnyű. A robot földönkívüli küldetésekre való lefordítása átgondolást igényel. Jó képalkotó adatokkal rendelkezünk a Mars-tól, amelyek megkülönböztetett geomorfológiai bizonyítékokat mutatnak legalább a lávacsöves barlangok esetében. Tehát tudjuk, hogy a Marsnak legalább egy olyan barlangja van, amely hasznos tudományos célpont lehet a jövőbeli küldetések során. Valószínű, hogy azt gondoljuk, hogy vannak más típusú barlangok is, és egy sajtóban van egy sajtó a közelgő amerikai geológiai társaság speciális dokumentumában, amely a Mars különleges barlangképző (speleogenetikai) mechanizmusait vizsgálja. A nagy ragaszkodási pont az, hogyan lehet megkerülni ilyen szigorú és nehéz terepen.
AM: Leírhatja, mit tett a projekt első szakaszában?
PB: Az I. fázisban a robot egységekre akartunk koncentrálni, amelyek kicsik, nagyon sokak (ennélfogva megfizethetőek), nagyrészt autonóm jellegűek, és amelyeknek a mobilitása szükséges volt az egyenetlen terepbe jutáshoz. Dr. Dubowsky folyamatos, a mesterséges izmok által aktivált robotmozgással végzett munkájának alapján sok-sok, apró, kis gömböt vittünk fel a teniszlabdák méretére, amelyek lényegében ugráltak, szinte olyanok, mint a mexikói ugráló babok. Takarítják el az izom energiáját, úgy mondva, és különféle irányokba öntik fel magukat. Így költöznek.
jóváírás: R.D.Gus Frederick renderelt
Bolygóbeli beállítás nagy léptékű bolygófelszíni és felszín alatti felderítéshez. Kattintson a képre a nagyításhoz
Kép jóváírása: Rendező: R.D.Gus Frederick
Kiszámítottuk, hogy valószínűleg körülbelül ezer ilyen srácot tudnánk becsomagolni a jelenlegi MER (Mars Exploration Rovers) méretű hasznos teherbíró tömegbe. Ez rugalmasságot adna nekünk az egységek nagy százalékának elvesztése szempontjából, és még mindig van olyan hálózatunk, amely rekonfigurálást és érzékelést, képalkotást és talán még más tudományos funkciókat is végezhet.
AM: Hogyan koordinálják ezeket a kis gömböket egymással?
PB: Rajként viselkednek. Nagyon egyszerű szabályok alkalmazásával kapcsolódnak egymáshoz, de ez nagy rugalmasságot eredményez kollektív viselkedésükben, amely lehetővé teszi számukra a kiszámíthatatlan és veszélyes terep igényeinek való megfelelést. A végső termék, amelyet elképzelünk, az, hogy ezeknek a kis srácoknak a flottáját elküldik valami ígéretes leszállóhelyre, kilépnek a partról, majd utat mennek valamilyen felszín alatti vagy más veszélyes terepre, ahol hálózatként működnek. Csomópontok közötti cellás kommunikációs hálózatot hoznak létre.
AM: Képesek irányítani az ugrás irányát?
PB: Olyan törekvéseink vannak, hogy végül nagyon képesek legyenek. Ahogy a II. Fázisba lépünk, együtt dolgozunk Fritz Printz-szel a Stanfordban ultraminiatűr üzemanyagcellákon, hogy támogassuk ezeket a kisfiúkat, ami lehetővé tenné számukra, hogy meglehetősen bonyolult sokféle dolgot tudnak tenni. Az egyik ilyen képesség az, hogy valamilyen irányítást gyakoroljon az irányba, ahova mennek. Vannak bizonyos módok a megépítésre, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy preferenciálisan egy vagy másik irányba menjenek. Nem olyan pontos, mintha lenne, ha kerekes rovarok csak egyenes úton haladnának. De előnyben részesíthetik magukat többé-kevésbé abban az irányban, ahová menni kívánnak. Tehát azt gondoljuk, hogy legalább durván irányítják az irányítást. De sok értékük a raj mozgásával jár, mint egy kiterjedő felhő.
Ugyanolyan csodálatos, mint a MER rover, az a fajta tudomány, amire inkább hasonlít a rovarrobot ötlethez, amelyet Rodney Brooks úr vezet az MIT-n. A rovar intelligencia és a felfedezéshez való adaptáció modelljének használata már régóta vonzott számomra. Hozzáadva azt, hogy Dr. Dubowsky ugráló elképzelése által biztosított egyedülálló mobilitáshoz, szerintem lehetővé teheti e kis egységek ésszerű százalékában a földalatti terep veszélyeinek túlélését - ez számomra csak varázslatos kombinációnak tűnt.
HB: Tehát az I. fázisban felépült-e ezek közül valamelyik?
PB: Nem. Az I. fázis a NIAC-val együtt hat hónapos agyszűrő, ceruzát nyomó tanulmány, amellyel a vonatkozó technológiák korszerűbbé válnak. A II. Fázisban korlátozott mennyiségű prototípus-készítést és helyszíni tesztet fogunk végezni egy kétéves időszak alatt. Ez sokkal kevesebb, mint amire szükség lehet egy tényleges küldetéshez. De természetesen ez az NIAC megbízása, hogy 10–40 év elteltével vizsgáljuk meg a technológiát. Azt gondoljuk, hogy ez valószínűleg a 10 és 20 év közötti tartományba esik.
AM: Milyen érzékelőket vagy tudományos eszközöket képzel el, amelyek képesek ezekre a dolgokra?
PB: A képalkotás egyértelműen valami olyan, amit szeretnénk csinálni. Mivel a kamerák hihetetlenül apróak és robusztusak, a mérettartományban már vannak olyan egységek, amelyeket fel lehet szerelni ezekre a dolgokra. Lehetséges, hogy egyes egységek nagyítási képességgel felszerelhetők, így megnézhetjük azokra a textúrákra az anyagokat, amelyekre szállnak. A jövőbeni fejlesztés egyik területe az apró kamerák által készített képek integrálása sok különböző kis egységbe. Ez túl esik a projekt keretein, de erre gondolunk a képalkotás során. És akkor természetesen kémiai érzékelők, amelyek képesek szimatolni és érzékelni a kémiai környezetet, ami nagyon kritikus. Mindent az apró lézer orroktól a gázok ionszelektív elektródáig.
Arra gondolunk, hogy nem mindegyik azonos, hanem inkább egy együttes, amelyben elegendő mennyiségű egység van felszerelve különféle érzékelőkkel, hogy a valószínűsége továbbra is magas legyen, még akkor is, ha az egységek száma meglehetősen nagy veszteséggel jár, hogy mi még mindig teljes szenzorkészlettel rendelkezik. Annak ellenére, hogy az egyes egységek nem rendelkezhetnek óriási hasznos érzékelőkkel, elegendő lehet, hogy jelentős átfedést tudjon biztosítani a többi egységgel.
AM: Lehetséges biológiai tesztelés?
PB: Azt hiszem. Különösen akkor, ha elképzeljük az általunk vizsgált időkeretet, az előrelépésekkel, amelyek online jönnek, a kvantumpontoktól a chip-on működő laboratóriumi eszközökig. Természetesen az a nehézség, hogy mintavételi anyagot szerezzenek azokhoz. De amikor olyan kis földi érintkező egységekkel foglalkozunk, mint például a ugráló mikrobotok, akkor valószínűleg elhelyezheti őket közvetlenül azon anyag fölé, amelyet tesztelni kívánnak. A mikroszkóp és a szélesebb terepi képekkel kombinálva azt gondolom, hogy van valami komoly biológiai munka elvégzésére alkalmas képesség.
AM: Van elképzelése arról, hogy milyen mérföldkövekre számíthat a kétéves projekt során?
PB: Arra számítunk, hogy márciusra nyers prototípusok lesznek, amelyek megfelelő mobilitással rendelkeznek. De ez túl ambiciózus lehet. Ha már vannak mobil egységeink, a tervünk az, hogy valódi lávacsöves barlangokban terepi teszteket végezzünk, amelyeket New Mexico-ban végezünk.
A terepi helyet már tesztelték. Az I. szakasz részeként kijött a MIT csoport, és kicsit megtanítottam nekik a barlangászatot és azt, hogy milyen a terep. Nagy szemnyitó volt számukra. Egy dolog a robotok tervezése az MIT csarnokai számára, de egy másik dolog a valós sziklás környezethez való tervezés. Nagyon oktató élmény volt mindannyiunk számára. Úgy gondolom, hogy nagyon jó ötletük van arra, hogy milyen feltételeknek kell megfelelniük a kialakításuknak.
AM: Mik ezek a feltételek?
PB: Rendkívül egyenetlen terep, sok repedés, amelyekbe ezek a srácok ideiglenesen beragadhatnak. Tehát olyan üzemmódokra van szükségünk, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy kiszabadítsák magukat, legalábbis ésszerű sikerrel. A látószögű kommunikáció kihívásai egy nagyon durva felületen. Átkelés a nagy sziklákból. Elakad a kis repedésekbe. Ilyen dolgok.
A láva nem sima. A lávacsövek belseje kialakításuk után lényegében sima, de sok anyag zsugorodik, repedik és leesik. Tehát vannak törmelék cölöpök, amelyekkel megkerülhetők és megkerülhetők, és sok a magasságváltozás. És ezeket olyan dolgokra képes megtenni a hagyományos robotok, amelyek nem képesek.
Eredeti forrás: NASA Astrobiology
