Πλανητικά MicroBots. Πιστωτική εικόνα: NASA Επιλέξτε για μεγέθυνση
Συνέντευξη με την Penny Boston, Μέρος Ι
Εάν θέλετε να ταξιδέψετε σε μακρινά αστέρια ή να βρείτε ζωή σε έναν άλλο κόσμο, χρειάζεται λίγο προγραμματισμός. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η NASA δημιούργησε το NIAC, το Ινστιτούτο Προηγμένων Εννοιών της NASA. Για τα τελευταία χρόνια, η NASA ενθαρρύνει τους επιστήμονες και τους μηχανικούς να σκέφτονται έξω από το κουτί, να βρουν ιδέες μόνο αυτήν την πλευρά της επιστημονικής φαντασίας. Η ελπίδα τους είναι ότι μερικές από αυτές τις ιδέες θα εξαφανιστούν και θα παρέχουν στον οργανισμό τεχνολογίες που μπορεί να χρησιμοποιήσει 20, 30 ή 40 χρόνια.
Η NIAC παρέχει χρηματοδότηση σε ανταγωνιστική βάση. Χρηματοδοτούνται μόνο λίγες από τις δεκάδες προτάσεις που υποβλήθηκαν. Η χρηματοδότηση της πρώτης φάσης είναι ελάχιστη, αρκεί για τους ερευνητές να ολοκληρώσουν την ιδέα τους σε χαρτί. Εάν η ιδέα δείχνει αξία, τότε μπορεί να λάβει χρηματοδότηση από τη Φάση II, επιτρέποντας στη συνέχιση της έρευνας από το στάδιο της καθαρής έννοιας στο πρωτογενές στάδιο.
Ένα από τα έργα που έλαβαν χρηματοδότηση από τη Φάση II νωρίτερα φέτος ήταν η συνεργασία μεταξύ του Δρ. Πηνελόπη Βοστώνης και του Δρ. Στίβεν Ντουμπσόσκι για την ανάπτυξη «μικροπυρηνικών εκτοξευτών» ικανών να εξερευνήσουν επικίνδυνο έδαφος, συμπεριλαμβανομένων υπόγειων σπηλαίων. Εάν το έργο σταματήσει, μπορεί να αποστέλλονται κάποια μικρά ρομπότ για να αναζητήσουν ζωή κάτω από την επιφάνεια του Άρη.
Η Βοστώνη περνά πολύ χρόνο σε σπηλιές, μελετώντας τους μικροοργανισμούς που ζουν εκεί. Είναι διευθύντρια του προγράμματος Cave and Karst Studies και αναπληρώτρια καθηγήτρια στο New Mexico Tech στο Socorro του Νέου Μεξικού. Ο Dubowsky είναι διευθυντής του εργαστηρίου Field and Space Robotics του MIT στο MIT, στο Cambridge της Μασαχουσέτης. Είναι γνωστός εν μέρει για την έρευνά του σε τεχνητούς μυς.
Το Astrobiology Magazine πήρε συνέντευξη από τη Βοστώνη λίγο μετά τη λήψη της επιχορήγησης Φάσης II από την Ντουμπόσκι. Αυτή είναι η πρώτη συνέντευξη δύο μερών. Astrobiology Magazine (AM): Εσείς και ο Δρ. Steven Dubowsky λάβατε πρόσφατα χρηματοδότηση από το NIAC για να εργαστείτε στην ιδέα της χρήσης μικροσκοπικών ρομπότ για να εξερευνήσετε υπόγεια σπήλαια στον Άρη; Πώς δημιουργήθηκε αυτό το έργο;
Penny Boston (PB): Έχουμε κάνει πολλή δουλειά σε σπηλιές στη Γη με σκοπό να κοιτάξουμε τους μικροβιακούς κατοίκους αυτών των μοναδικών περιβαλλόντων. Πιστεύουμε ότι μπορούν να χρησιμεύσουν ως πρότυπα για την αναζήτηση μορφών ζωής στον Άρη και σε άλλα εξωγήινα σώματα. Δημοσίευσα μια εφημερίδα το 1992, με τους Chris McKay και Michael Ivanov, υποδηλώνοντας ότι η υπόγεια επιφάνεια του Άρη θα ήταν το τελευταίο καταφύγιο της ζωής σε αυτόν τον πλανήτη καθώς έγινε πιο κρύο και πιο ξηρό με τον γεωλογικό χρόνο. Αυτό μας έφερε στην επιχείρηση να κοιτάξουμε την υπόγεια επιφάνεια στη Γη. Όταν το κάναμε, ανακαλύψαμε ότι υπάρχει μια καταπληκτική σειρά από οργανισμούς που είναι προφανώς γηγενείς στην υπόγεια επιφάνεια. Αλληλεπιδρούν με την ορυκτολογία και παράγουν μοναδικές βιογραφίες. Έτσι έγινε μια πολύ εύφορη περιοχή για να μελετήσουμε.
Η είσοδος σε δύσκολες σπηλιές ακόμη και σε αυτόν τον πλανήτη δεν είναι τόσο εύκολη. Η μετάφραση σε ρομποτικές εξωγήινες αποστολές απαιτεί κάποια σκέψη. Έχουμε καλά δεδομένα απεικόνισης από τον Άρη που δείχνουν ξεχωριστά γεωμορφολογικά στοιχεία για τουλάχιστον σπήλαια λάβα. Γνωρίζουμε λοιπόν ότι ο Άρης έχει τουλάχιστον έναν τύπο σπηλαίου που θα μπορούσε να είναι χρήσιμος επιστημονικός στόχος για μελλοντικές αποστολές. Είναι εύλογο να πιστεύουμε ότι υπάρχουν επίσης και άλλοι τύποι σπηλαίων και έχουμε ένα έγγραφο που δημοσιεύεται σε ένα επερχόμενο Ειδικό Βιβλίο της Γεωλογικής Εταιρείας της Αμερικής που εξερευνά μοναδικούς μηχανισμούς σχηματισμού σπηλαίων (σπηλαιογενετικούς) στον Άρη. Το μεγάλο σημείο παραμονής είναι πώς να μετακινηθείτε σε ένα τόσο σκληρό και δύσκολο έδαφος.
ΠΜ: Μπορείτε να περιγράψετε τι κάνατε στην πρώτη φάση του έργου;
PB: Στη Φάση Ι, θέλαμε να επικεντρωθούμε σε ρομποτικές μονάδες που ήταν μικρές, πολύ πολλές (εξ ου και αναλώσιμες), σε μεγάλο βαθμό αυτόνομες, και που είχαν την κινητικότητα που ήταν απαραίτητη για να μπουν σε τραχιά εδάφη. Με βάση τη συνεχιζόμενη δουλειά του Dr. Dubowsky με ρομποτική κίνηση τεχνητού μυός, καταλήξαμε στην ιδέα πολλών, πολλών, μικρών σφαιρών, σχετικά με το μέγεθος των μπαλών τένις, που ουσιαστικά λυκίσκο, σχεδόν σαν μεξικάνικα φασόλια. Αποθηκεύουν τη μυϊκή ενέργεια, για να το πούμε, και στη συνέχεια ξεφλουδίζουν σε διάφορες κατευθύνσεις. Έτσι κινούνται.
πίστωση: Render από τον R.D.Gus Frederick
Πλανητική ρύθμιση για εξερεύνηση πλανητικής επιφάνειας και υποεπιφάνειας μεγάλης κλίμακας. Κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση.
Πιστωτική εικόνα: Render από τον R.D.Gus Frederick
Υπολογίσαμε ότι θα μπορούσαμε πιθανώς να συσκευάσουμε περίπου χίλια από αυτά τα παιδιά σε μια μάζα ωφέλιμου φορτίου στο μέγεθος ενός από τους τρέχοντες MER (Mars Exploration Rovers). Αυτό θα μας έδινε την ευελιξία να υποφέρουμε την απώλεια ενός μεγάλου ποσοστού των μονάδων και να έχουμε ακόμα ένα δίκτυο που θα μπορούσε να κάνει αναγνώριση και ανίχνευση, απεικόνιση και ίσως ακόμη και κάποιες άλλες επιστημονικές λειτουργίες.
AM: Πώς συντονίζονται όλες αυτές οι μικρές σφαίρες;
PB: Συμπεριφέρονται ως σμήνος. Σχετίζονται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας πολύ απλούς κανόνες, αλλά αυτό δημιουργεί μεγάλη ευελιξία στη συλλογική συμπεριφορά τους που τους επιτρέπει να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις απρόβλεπτου και επικίνδυνου εδάφους. Το απόλυτο προϊόν που οραματιζόμαστε είναι ένας στόλος αυτών των μικρών παιδιών που αποστέλλονται σε κάποια πολλά υποσχόμενη τοποθεσία προσγείωσης, βγαίνοντας από το Lander και στη συνέχεια περνώντας σε κάποιο υπόγειο ή άλλο επικίνδυνο έδαφος, όπου αναπτύσσονται ως δίκτυο. Δημιουργούν ένα δίκτυο κυψελοειδούς επικοινωνίας, σε βάση κόμβου σε κόμβο.
AM: Μπορούν να ελέγξουν την κατεύθυνση προς την οποία πηγαίνουν;
PB: Έχουμε φιλοδοξίες για να είναι τελικά πολύ ικανοί. Καθώς προχωράμε στη Φάση II, συνεργαζόμαστε με τον Fritz Printz στο Stanford για υπερ-μικροσκοπικές κυψέλες καυσίμου για να τροφοδοτήσουμε αυτά τα μικρά παιδιά, κάτι που θα τους επέτρεπε να μπορούν να κάνουν μια αρκετά περίπλοκη σειρά πραγμάτων. Μία από αυτές τις δυνατότητες είναι να υπάρχει κάποιος έλεγχος στην κατεύθυνση στην οποία πάνε. Υπάρχουν ορισμένοι τρόποι με τους οποίους μπορούν να κατασκευαστούν που μπορούν να τους επιτρέψουν να προχωρήσουν κατά προτίμηση προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση. Δεν είναι τόσο ακριβές όσο θα ήταν αν ήταν τροχοφόροι ταξιδιώτες σε απλό μονοπάτι. Όμως, κατά προτίμηση, δεν μπορούν να αυτοπεποίθηση προς την κατεύθυνση που θέλουν να πάνε. Έτσι οραματίζουμε ότι θα έχουν τουλάχιστον ακατέργαστο έλεγχο της κατεύθυνσης. Αλλά πολλή από την αξία τους έχει να κάνει με το σμήνος τους ως ένα διευρυνόμενο σύννεφο.
Όσο θαυμάσιο είναι και το MER rover, για το είδος της επιστήμης που κάνω, χρειάζομαι κάτι πιο παρόμοιο με την ιδέα του ρομπότ εντόμου που πρωτοστάτησε ο Rodney Brooks στο MIT. Το να είμαι σε θέση να αξιοποιήσω το μοντέλο της νοημοσύνης των εντόμων και της προσαρμογής για εξερεύνηση μου είχε από καιρό ελκύσει. Προσθέτοντάς το στη μοναδική κινητικότητα που προσφέρει η ιδέα του Dr. Dubowsky, νομίζω, μπορεί να επιτρέψει σε ένα λογικό ποσοστό αυτών των μικρών μονάδων να επιβιώσουν από τους κινδύνους του εδάφους κάτω από την επιφάνεια - που μου φαινόταν σαν ένας μαγικός συνδυασμός για μένα.
HB: Λοιπόν, στη Φάση Ι, κατασκευάστηκε κάποιο από αυτά;
PB: Όχι. Η Φάση Ι, με το NIAC, είναι μια μελέτη διάρκειας έξι μηνών, που ασκεί πίεση στον εγκέφαλο και σπρώχνει το μολύβι, για να επεκτείνει την κατάσταση της τεχνολογίας των σχετικών τεχνολογιών. Στη Φάση II, πρόκειται να κάνουμε περιορισμένο αριθμό πρωτοτύπων και δοκιμών πεδίου, για μια περίοδο δύο ετών. Αυτό είναι πολύ λιγότερο από αυτό που μπορεί να χρειαστεί κάποιος για μια πραγματική αποστολή. Φυσικά, αυτή είναι η εντολή της NIAC, να εξετάσουμε την τεχνολογία 10 έως 40 ετών. Πιστεύουμε ότι αυτό πιθανότατα κυμαίνεται μεταξύ 10 και 20 ετών.
AM: Τι είδους αισθητήρες ή επιστημονικός εξοπλισμός φαντάζεστε ότι μπορείτε να φορέσετε αυτά τα πράγματα;
PB: Η απεικόνιση είναι σαφώς κάτι που θα θέλαμε να κάνουμε. Καθώς οι κάμερες γίνονται απίστευτα μικροσκοπικές και στιβαρές, υπάρχουν ήδη μονάδες στο εύρος μεγεθών που θα μπορούσαν να τοποθετηθούν σε αυτά τα πράγματα. Πιθανώς ορισμένες από τις μονάδες θα μπορούσαν να εξοπλιστούν με δυνατότητα μεγέθυνσης, οπότε θα μπορούσε κανείς να δει τις υφές των υλικών στα οποία προσγειώνονται. Η ενσωμάτωση εικόνων που λαμβάνονται από μικροσκοπικές κάμερες σε πολλές διαφορετικές μικρές μονάδες είναι ένας από τους τομείς για μελλοντική ανάπτυξη. Αυτό είναι πέρα από το πεδίο αυτού του έργου, αλλά αυτό σκέφτομαστε για απεικόνιση. Και τότε, σίγουρα χημικοί αισθητήρες, είναι σε θέση να μυρίζει και να αισθάνεται το χημικό περιβάλλον, το οποίο είναι πολύ κρίσιμο. Τα πάντα, από μικροσκοπικές μύτες λέιζερ έως επιλεκτικά ιόντα ηλεκτρόδια για αέρια.
Οραματιζόμαστε να μην είναι όλα όμοια, αλλά μάλλον ένα σύνολο, με αρκετά διαφορετικά είδη μονάδων εξοπλισμένα με διαφορετικά είδη αισθητήρων, έτσι ώστε η πιθανότητα να εξακολουθεί να είναι υψηλή, ακόμη και δεδομένης της αρκετά μεγάλης απώλειας αριθμού μονάδων, ότι εμείς θα είχε ακόμα μια πλήρη σειρά αισθητήρων. Ακόμα κι αν κάθε μεμονωμένη μονάδα δεν μπορεί να έχει ένα τεράστιο ωφέλιμο φορτίο αισθητήρων, θα μπορούσατε να έχετε αρκετά ώστε να μπορεί να δώσει σημαντική αλληλεπικάλυψη με τις άλλες μονάδες.
ΠΜ: Θα είναι δυνατόν να κάνετε βιολογικές δοκιμές;
PB: Το νομίζω. Ιδιαίτερα αν φανταστείτε το χρονικό πλαίσιο που εξετάζουμε, με τις προόδους που έρχονται στο διαδίκτυο με τα πάντα, από κβαντικές κουκίδες έως συσκευές lab-on-a-chip. Φυσικά, η δυσκολία είναι η λήψη δείγματος υλικού σε αυτά. Αλλά όταν έχουμε να κάνουμε με μικρές μονάδες που έρχονται σε επαφή με το έδαφος, όπως τα μικρόβια μας, μπορεί να μπορείτε να τις τοποθετήσετε απευθείας πάνω από το υλικό που θέλουν να δοκιμάσουν. Σε συνδυασμό με μικροσκοπία και εικόνες ευρύτερου πεδίου, νομίζω ότι υπάρχει η δυνατότητα να κάνουμε κάποια σοβαρή βιολογική εργασία.
ΠΜ: Έχετε μια ιδέα για τα ορόσημα που ελπίζετε να πετύχετε κατά τη διάρκεια του διετούς έργου σας;
PB: Αναμένουμε ότι έως τον Μάρτιο ενδέχεται να έχουμε ακατέργαστα πρωτότυπα που έχουν τη σχετική κινητικότητα. Αλλά αυτό μπορεί να είναι υπερβολικά φιλόδοξο. Μόλις έχουμε κινητές μονάδες, το σχέδιό μας είναι να κάνουμε δοκιμές πεδίου σε πραγματικές σπηλιές λάβα που κάνουμε επιστήμη στο Νέο Μεξικό.
Ο ιστότοπος πεδίου έχει ήδη δοκιμαστεί. Ως μέρος της Φάσης Ι, η ομάδα MIT βγήκε και τους δίδαξα λίγο για το σπήλαιο και πώς ήταν το έδαφος. Ήταν ένα μεγάλο ανοιχτήρι για αυτούς. Είναι ένα πράγμα να σχεδιάζουμε ρομπότ για τις αίθουσες του MIT, αλλά είναι άλλο να τα σχεδιάζουμε για πραγματικά βραχώδη περιβάλλοντα. Ήταν μια πολύ εκπαιδευτική εμπειρία για όλους μας. Νομίζω ότι έχουν μια πολύ καλή ιδέα ποιες είναι οι προϋποθέσεις που πρέπει να πληρούν με το σχέδιό τους.
ΠΜ: Ποιες είναι αυτές οι προϋποθέσεις;
PB: Εξαιρετικά ανώμαλο έδαφος, πολλές ρωγμές στις οποίες θα μπορούσαν να μπλοκάρουν προσωρινά αυτά τα παιδιά. Επομένως, θα χρειαζόμαστε τρόπους λειτουργίας που θα τους επιτρέψουν να εκτοξευτούν, τουλάχιστον με μια λογική πιθανότητα επιτυχίας. Οι προκλήσεις της οπτικοακουστικής επικοινωνίας σε μια πολύ τραχιά επιφάνεια. Ξεπερνώντας τους μεγάλους λίθους. Να κολλήσει σε μικρές ρωγμές. Πράγματα αυτού του είδους.
Η λάβα δεν είναι λεία. Το εσωτερικό των σωλήνων λάβας είναι εγγενώς ομαλό αφού σχηματιστούν, αλλά υπάρχει πολύ υλικό που συρρικνώνεται και ραγίζει και πέφτει. Υπάρχουν λοιπόν σωροί ερειπίων για να μετακινηθείτε ξανά και ξανά, και πολλές ανυψωτικές αλλαγές. Και αυτά είναι πράγματα που τα συμβατικά ρομπότ δεν έχουν τη δυνατότητα να κάνουν.
Αρχική πηγή: Αστροβιολογία της NASA
