Planetárne mikroboty. Obrazový kredit: NASA Kliknite pre zväčšenie
Rozhovor s Penny Boston, časť I
Ak chcete cestovať do vzdialených hviezd alebo nájsť život v inom svete, vyžaduje trochu plánovania. Preto NASA založila NIAC, inštitút NASA pre pokročilé koncepcie. NASA už niekoľko rokov povzbudzuje vedcov a inžinierov, aby rozmýšľali mimo poľa, aby prišli s nápadmi práve na túto stranu sci-fi. Dúfajú, že niektoré z týchto nápadov sa objavia a poskytnú agentúre technológie, ktoré môže využiť 20, 30 alebo 40 rokov po ceste.
NIAC poskytuje financovanie na konkurenčnom základe. Financovaných je iba niekoľko z desiatok predložených návrhov. Financovanie fázy I je minimálne, len na to, aby vedci dokázali svoju myšlienku spracovať na papieri. Ak sa táto myšlienka ukáže ako opodstatnená, môže získať financovanie v rámci fázy II, čo umožní výskumu pokračovať od čisto konceptu až po štádium surového prototypu.
Jedným z projektov, ktoré začiatkom tohto roka získali finančné prostriedky na fázu II, bola spolupráca medzi Dr. Penelope Boston a Dr. Steven Dubowsky s cieľom vyvinúť „hoppingové mikroboty“ schopné preskúmať nebezpečný terén vrátane podzemných jaskýň. Ak sa projekt zastaví, môžu sa jedného dňa vyslať mikroboty na hľadanie života pod hladinou Marsu.
Boston trávi veľa času v jaskyniach štúdiom mikroorganizmov, ktoré tu žijú. Je riaditeľkou študijného programu Jaskyne a krasami a docentkou na Technike v Novom Mexiku v Socorre v Novom Mexiku. Dubowsky je riaditeľom laboratória poľných a kozmických robotov MIT v MIT v Cambridge v štáte Massachusetts. Čiastočne je známy pre svoj výskum umelých svalov.
Časopis Astrobiology Magazine rozhovoril s Bostonom krátko potom, čo ona a Dubowsky dostali grant NIAC fázy II. Toto je prvý dvojdielny rozhovor. Astrobiology Magazine (AM): Vy a Dr. Steven Dubowsky ste nedávno dostali finančné prostriedky od NIAC, aby ste pracovali na myšlienke použitia miniatúrnych robotov na skúmanie podpovrchových jaskýň na Marse? Ako vznikol tento projekt?
Penny Boston (PB): V jaskyniach na Zemi sme robili veľa práce s ohľadom na mikrobiálne obyvateľstvo týchto jedinečných prostredí. Myslíme si, že môžu slúžiť ako šablóny na hľadanie životných foriem na Marse a ďalších mimozemských telách. V roku 1992 som uverejnil dokument s Chrisom McKayom a Michaelom Ivanovom, v ktorom som naznačil, že pod povrchom Marsu by sa stalo posledné útočisko života na tejto planéte, pretože v priebehu geologického času bolo chladnejšie a suchšie. To nás prinútilo pozerať sa na povrch pod Zemou. Keď sme tak urobili, zistili sme, že existuje úžasné množstvo organizmov, ktoré sú zjavne v podzemí. Interagujú s mineralogiou a vytvárajú jedinečné biologické podpisy. Stalo sa tak veľmi úrodnou oblasťou pre štúdium.
Dostať sa do ťažkých jaskýň aj na tejto planéte nie je také ľahké. Preložiť to do robotických mimozemských misií si vyžaduje trochu premýšľania. Máme dobré obrazové údaje z Marsu, ktoré ukazujú zreteľný geomorfologický dôkaz aspoň pre jaskyne s lávovými trubicami. Takže vieme, že Mars má aspoň jeden typ jaskyne, ktorý by mohol byť užitočným vedeckým cieľom pre budúce misie. Je pravdepodobné, že si myslíme, že existujú aj iné typy jaskýň a máme papier v tlači v pripravovanom špeciálnom dokumente Geologickej spoločnosti pre Ameriku, ktorý skúma jedinečné mechanizmy formovania jaskýň (speleogenetické) na Marse. Veľkým nalepovacím bodom je spôsob, ako sa obísť v takom prísnom a náročnom teréne.
AM: Môžete opísať, čo ste urobili v prvej fáze projektu?
PB: Vo fáze I sme sa chceli zamerať na robotické jednotky, ktoré boli malé, veľmi početné (teda použiteľné), zväčša autonómne a ktoré mali mobilitu potrebnú na to, aby sa dostali do členitých terénov. Na základe pokračujúcej práce doktora Dubowského s robotickým pohybom aktivovaným umelým svalstvom sme prišli s myšlienkou mnohých, mnohých malých malých guličiek, o veľkosti tenisových loptičiek, ktoré v podstate poskakujú, takmer ako mexické skákacie fazule. Hovoria tak svalovú energiu, aby sa to povedalo, a potom sa preplávajú rôznymi smermi. Takto sa pohybujú.
kredit: Render od R. D. Gus Fredericka
Planetárne nastavenie pre prieskum planét vo veľkom meradle a podpovrchového prieskumu. Kliknite na obrázok pre väčšie zobrazenie.
Image Credit: Render od R. D. Gus Frederick
Vypočítali sme, že by sme asi mohli zabaliť asi tisíc týchto ľudí do hmotnosti užitočného zaťaženia veľkosti jedného zo súčasných MER (Mars Exploration Rovers). To by nám poskytlo flexibilitu, aby sme utrpeli stratu veľkého percenta jednotiek a mali by sme stále sieť, ktorá by dokázala robiť prieskumy a snímanie, zobrazovanie a možno dokonca aj niektoré ďalšie vedecké funkcie.
AM: Ako sa všetky tieto malé sféry navzájom koordinujú?
PB: Správajú sa ako roj. Vzťahujú sa k sebe navzájom pomocou veľmi jednoduchých pravidiel, ale to vytvára veľkú flexibilitu v ich kolektívnom správaní, ktoré im umožňuje splniť požiadavky nepredvídateľného a nebezpečného terénu. Konečným produktom, ktorý plánujeme, je flotila, ktorú títo malí chlapci posielajú na nejaké sľubné miesto pristátia, vystupujú z pristávacej plochy a potom sa dostanú na cestu do nejakého podpovrchového alebo iného nebezpečného terénu, kde sa nasadia ako sieť. Vytvárajú celulárnu komunikačnú sieť na báze uzlov.
AM: Dokážu ovládať smer, ktorým dúfajú?
PB: Máme ambíciu, aby boli nakoniec schopní. Keď sa presúvame do fázy II, pracujeme s Fritzom Printzom v Stanforde na ultra-miniatúrnych palivových článkoch, ktoré týmto malým chlapcom napájajú, čo by im umožnilo robiť pomerne komplexné veci. Jednou z týchto schopností je mať určitú kontrolu nad smerom, ktorým idú. Existujú určité spôsoby, ako ich možno zostaviť a ktoré im umožnia prednostne ísť jedným alebo druhým smerom. Nie je to také presné, ako by to bolo, keby to boli kolesové rovery, ktoré len idú po priamej ceste. Ale môžu sa prednostne prevýšiť viac-menej v smere, ktorým chcú ísť. Takže predpokladáme, že budú mať aspoň hrubú kontrolu nad smerom. Veľa ich hodnoty však súvisí s ich rojovým pohybom ako rozširujúcim sa oblakom.
Rovnako úžasné ako MER rovery, pre druh vedy, ktorú potrebujem, potrebujem niečo viac podobné myšlienke na hmyzích robotov, ktorú propagoval Rodney Brooks na MIT. Schopnosť preniknúť do modelu inteligencie hmyzu a adaptácie na prieskum ma veľmi dlho oslovovala. Ak k tomu pridám jedinečnú mobilitu, ktorú poskytuje myšlienka poskakovania Dr. Dubowského, myslím si, že rozumné percento týchto malých jednotiek môže umožniť prežiť nebezpečenstvo podpovrchového terénu - ktoré sa mi zdalo ako magická kombinácia.
HB: Takže vo fáze I sa skutočne niečo postavilo?
PB: Nie. Fáza I, s NIAC, je šesťmesačná štúdia zameraná na mozgové namáhanie mozgu, ktorá sa zameriava na najmodernejšie technológie. Vo fáze II urobíme v priebehu dvoch rokov obmedzené množstvo prototypov a skúšok v teréne. Je to omnoho menej, ako by bolo potrebné pre skutočnú misiu. Samozrejme, to je mandát NIAC, skúmať technológie od 10 do 40 rokov. Myslíme si, že je to pravdepodobne v rozmedzí 10 až 20 rokov.
AM: Aké druhy senzorov alebo vedeckých zariadení si myslíte, že by ste si ich mohli dať?
PB: Zobrazovanie je jasne niečo, čo by sme chceli urobiť. Keď sú fotoaparáty neuveriteľne malé a robustné, už existujú jednotky v rozsahu veľkostí, ktoré by sa na tieto veci mohli namontovať. Niektoré z jednotiek by mohli byť vybavené možnosťou zväčšenia, takže by sme sa mohli pozrieť na textúry materiálov, na ktoré pristávajú. Integrácia snímok vytvorených malými kamerami na veľa rôznych malých jednotiek je jednou z oblastí budúceho vývoja. To je nad rámec tohto projektu, ale to je to, na čo myslíme pri zobrazovaní. A potom určite chemické senzory, ktoré dokážu čuchať a vnímať chemické prostredie, ktoré je veľmi kritické. Všetko od malých laserových nosov po iónovo selektívne elektródy pre plyny.
Predpokladáme, že nebudú všetky rovnaké, ale skôr kompletné, s dostatočným počtom rôznych druhov jednotiek vybavených rôznymi druhmi senzorov tak, aby pravdepodobnosť bola stále vysoká, dokonca aj pri pomerne vysokých stratách počtu jednotiek, že stále by mala kompletnú sadu senzorov. Aj keď každá jednotlivá jednotka nemôže mať na sebe obrovské užitočné zaťaženie senzorov, mohli by ste mať dosť, aby sa mohla významne prekrývať so svojimi kolegami.
AM: Bude možné vykonať biologické testovanie?
PB: Myslím si to. Najmä ak si predstavujete časový rámec, na ktorý sa pozeráme, s pokrokmi, ktoré prichádzajú online so všetkým, od kvantových bodov po zariadenia typu lab-on-a-chip. Problémom je, samozrejme, získať materiál na vzorky. Ale keď máme čo do činenia s malými pozemnými kontaktnými jednotkami, ako sú naše skákavé mikroboty, možno ich budete môcť umiestniť priamo nad materiál, ktorý chcú testovať. V kombinácii s mikroskopiou a zobrazovaním na širšom poli si myslím, že je tu možnosť vykonávať vážnu biologickú prácu.
AM: Máte predstavu o tom, aké míľniky sú, ktoré dúfate, že zasiahnete počas vášho dvojročného projektu?
PB: Očakávame, že do marca budeme mať surové prototypy, ktoré majú relevantnú mobilitu. To však môže byť príliš ambiciózne. Keď máme mobilné jednotky, máme v pláne vykonať testy v skutočných jaskyniach s lávovými trubicami, na ktorých robíme vedu v Novom Mexiku.
Stránka je už testovaná. V rámci fázy I vyšla skupina MIT a naučila som sa ich trochu o jaskyňovaní a o tom, aký je vlastne terén. Bol to pre nich veľký otvárač očí. Je to jedna vec, navrhnúť roboty pre haly MIT, ale je to ďalšia vec, navrhnúť ich pre skalnaté prostredie v skutočnom svete. Pre nás všetkých to bola veľmi vzdelávacia skúsenosť. Myslím, že majú celkom dobrý nápad, aké sú podmienky, ktoré musia splniť so svojím dizajnom.
AM: Aké sú tieto podmienky?
PB: Mimoriadne nerovný terén, veľa štrbín, do ktorých by sa títo chlapci mohli dočasne zaseknúť. Preto budeme potrebovať režimy prevádzky, ktoré im umožnia vyslobodiť sa, aspoň s primeranou šancou na úspech. Výzvy komunikácie priamej viditeľnosti na vysoko drsnom povrchu. Prekonávanie veľkých balvanov. Zaseknutie v malých prasklinách. Veci tohto druhu.
Láva nie je hladká. Interiér lávových trubíc je po ich vytvorení vnútorne hladký, ale existuje veľa materiálu, ktorý sa zmršťuje, praskne a padá. Takže sú tu hromady sutiny, ktoré sa dokážu obísť a znova, a veľa zmien v nadmorskej výške. A to sú veci, ktoré konvenční roboti nedokážu robiť.
Pôvodný zdroj: NASA Astrobiology
