Planetary MicroBots. Kuvan luotto: NASA Klikkaa suuremmaksi
Haastattelu Penny Bostonin kanssa, osa I
Jos haluat matkustaa kaukaisiin tähtiin tai löytää elämän toisesta maailmasta, se vie hiukan suunnittelua. Siksi NASA on perustanut NIAC, NASA Institute for Advanced Concepts. Viime vuosien ajan NASA on kannustanut tutkijoita ja insinöörejä ajattelemaan laatikon ulkopuolelle keksimään ideoita juuri tieteiskirjallisuuden tällä puolella. He toivovat, että jotkut näistä ideoista toteutuvat ja tarjoavat virastolle teknologioita, joita se voi käyttää 20, 30 tai 40 vuotta tiellä.
NIAC tarjoaa rahoitusta kilpailun perusteella. Vain kourallinen kymmenistä jätetyistä ehdotuksista rahoitetaan. Vaiheen I rahoitus on minimaalinen, vain tarpeeksi, jotta tutkijat voivat muotoilla ideansa paperille. Jos idea osoittaa ansioita, se voi saada toisen vaiheen rahoitusta, jolloin tutkimus voi jatkua puhdasta konseptista raakaprototyyppiin.
Yksi toisen vaiheen rahoitusta saaneista hankkeista aiemmin tänä vuonna oli tohtori Penelope Bostonin ja tohtori Steven Dubowsky välinen yhteistyö kehittääkseen "hyppääviä mikrobittejä", jotka pystyvät tutkimaan vaarallista maastoa, mukaan lukien maanalaiset luolat. Jos projekti katkeaa, hyppäävät mikrobotit voidaan joskus lähettää etsimään elämää Marsin pinnan alla.
Boston viettää paljon aikaa luolissa tutkimalla siellä eläviä mikro-organismeja. Hän on luola- ja karstitutkimusohjelman johtaja ja apulaisprofessori New Mexico Techissä Socorrossa, New Mexico. Dubowsky on MIT: n kenttä- ja avaruusrobotiikkalaboratorion johtaja, Cambridge, Massachusetts. Hänet tunnetaan osittain keinotekoisia lihaksia koskevasta tutkimuksestaan.
Astrobiology Magazine haastatteli Bostonia pian sen jälkeen, kun hän ja Dubowsky saivat vaiheen II NIAC-apurahan. Tämä on ensimmäinen kaksiosaisesta haastattelusta. Astrobiology Magazine (AM): Sinä ja tri Steven Dubowsky sait äskettäin rahoitusta NIAC: lta työskennelläksesi ajatuksella käyttää pienoisroboteja Marsin maanalaisten luolien tutkimiseen? Kuinka tämä projekti syntyi?
Penny Boston (PB): Olemme tehneet melko paljon työtä maapallon luolissa silmällä katsomalla näiden ainutlaatuisten ympäristöjen mikrobiväestön asukkaita. Uskomme, että ne voivat toimia mallina etsiessään elämänmuotoja Marsista ja muista maapallon ulkopuolisista ruumiista. Julkaisin vuonna 1992 lehden Chris McKay ja Michael Ivanov kanssa, jossa ehdotettiin, että Marsin maanalainen pinta olisi viimeinen elämän turvapaikka planeetalla, kun se muuttui kylmemmäksi ja kuivemmaksi geologisen ajan kuluessa. Se sai meidät tutkimaan maan alla olevaa pinta-alaa. Kun teimme niin, huomasimme, että siellä on hämmästyttävä joukko organismeja, jotka ovat ilmeisesti alkuperäiskansoja maan alla. He ovat vuorovaikutuksessa mineralogin kanssa ja tuottavat ainutlaatuisia biosignaatioita. Joten siitä tuli erittäin hedelmällinen alue meille opiskeluun.
Pääsy vaikeisiin luoliin jopa tällä planeetalla ei ole niin helppoa. Tämän kääntäminen robotteihin maan ulkopuolisiin tehtäviin vaatii harkintaa. Meillä on hyviä kuvatietoja Marsista, jotka osoittavat selkeän geomorfologisen näytön ainakin laavaputkiluolista. Joten tiedämme, että Marsilla on ainakin yksi tyyppinen luola, joka voisi olla hyödyllinen tieteellinen kohde tulevissa tehtävissä. On uskottavaa ajatella, että on olemassa myös muita luolatyyppejä, ja meillä on lehdissä julkaisua tulevassa geologisen seuran erityisasiakirjassa, joka tutkii Marsin ainutlaatuisia luolanmuodostusmekanismeja (speleogeneettisiä). Suuri kiinnityskohta on kuinka päästä liikkumaan tällaisessa tiukassa ja vaikeassa maastossa.
AM: Voitko kuvailla mitä teit projektin ensimmäisessä vaiheessa?
PB: Vaiheessa I halusimme keskittyä robottiyksiköihin, jotka olivat pieniä, erittäin lukuisia (siis kuluttavia), suurelta osin itsenäisiä ja joilla oli liikkuvuus, jota tarvittiin karuille maastoille pääsemiseksi. Perustuen tohtori Dubowskyn jatkuvaan työskentelyyn keinotekoisella lihaksella aktivoidulla robottiliikkeellä, keksimme idean monista, monista, pienistä pienistä palloista, joiden koko on tennispallot, jotka pohjimmiltaan hyppäävät, melkein kuin meksikolaiset hyppivät pavut. Ne tallentavat niin sanotusti lihaksen energiaa ja virittävät sitten itsensä eri suuntiin. Niin he liikkuvat.
luotto: Render R.D.Gus Frederick
Planeettaasettelu suuren mittakaavan planeettapinnan ja maanpinnan tutkimiseen. Napsauta kuvaa nähdäksesi suuremman kuvan.
Kuvahyvitys: R.D.Gus Frederickin tekemä
Olemme laskeneet, että voisimme todennäköisesti pakata noin tuhannen näistä kavereista hyötykuormamassaan, joka on yhden nykyisen MER: n (Mars Exploration Rovers) kokoinen. Se antaisi meille joustavuuden kärsiä suuren osan yksiköistä menetyksestä, ja meillä on silti verkko, joka voisi suorittaa uudelleenvalvontaa ja havainnointia, kuvantamista ja ehkä jopa joitain muita tieteellisiä toimintoja.
AM: Kuinka kaikki nämä pienet pallot koordinoivat toisiaan?
PB: He käyttäytyvät parvana. Ne liittyvät toisiinsa käyttämällä hyvin yksinkertaisia sääntöjä, mutta se tuottaa paljon joustavuutta heidän kollektiivisessa käyttäytymisessään, mikä antaa heille mahdollisuuden vastata odottamattoman ja vaarallisen maaston vaatimuksiin. Viimeinen tuote, jota suunnittelemme, on näiden pienten kaverien laivasto, joka lähetetään lupaavalle laskeutumispaikalle, poistuu laskeutumisalueelta ja siirtyy sitten tiensä pinta-alaan tai muuhun vaaralliseen maastoon, missä he asettuvat verkkoon. He luovat solukkoviestintäverkon solmusta solmuun.
AM: Pystyvätkö he hallitsemaan suuntaa, johon he hyppäävät?
PB: Meillä on toiveita, että he viime kädessä olisivat erittäin kykeneviä. Kun siirrymme vaiheeseen II, työskentelemme Fritz Printzin kanssa Stanfordissa erittäin pienikokoisissa polttokennoissa, jotta voimme käyttää näitä pieniä poikia, mikä mahdollistaisi heidän kykynsä tehdä melko monimutkainen joukko asioita. Yksi näistä ominaisuuksista on saada jonkin verran hallintaa suuntaan, johon ne menevät. Niitä voidaan rakentaa tietyillä tavoilla, joiden avulla ne voivat mennä ensisijaisesti yhteen tai toiseen suuntaan. Se ei ole aivan yhtä tarkka kuin se olisi, jos ne olisivat pyörillä varustettuja kuljettajia, jotka vain menisivät suoraan polulle. Mutta he voivat mieluiten kallistaa itseään enemmän tai vähemmän suuntaan, johon he haluavat mennä. Joten uskomme, että heillä on ainakin raakaton ohjaus suuntaan. Mutta paljon heidän arvostaan liittyy niiden pariliikkeeseen laajenevaksi pilveksi.
Niin mahtavia kuin MER-roversitkin, tarvitsen sellaista tiedettä varten jotain, joka muistuttaa enemmän hyönteisrobottiideaa, jonka Rodney Brooks piti MIT: ssä. Pystyminen hyödyntämään hyönteisten älykkyyden ja sopeutumisen mallia oli houkutellut minua jo pitkään. Lisäten tämän tohtori Dubowskyn hyppyidean tarjoamaan ainutlaatuiseen liikkuvuuteen, uskon, että se voi antaa kohtuullisen prosenttiosuuden näistä pienistä yksiköistä selviytyä maanalaisen maaston vaaroista - se näytti minulta vain maagiselta yhdistelmältä.
HB: Joten vaiheessa I todella rakennettiin jokin näistä?
PB: Ei. Vaihe I, NIAC: n kanssa, on kuuden kuukauden mittainen aivojen venyttävä, lyijykynää työstävä tutkimus, jonka tarkoituksena on selvittää tekniikan tason tasoa. Vaiheessa II aiomme tehdä rajoitetun määrän prototyyppejä ja kenttätestauksia kahden vuoden aikana. Tämä on paljon vähemmän kuin mitä voi tarvita todelliseen tehtävään. Mutta tietysti se on NIAC: n tehtävä, tutkia tekniikkaa 10–40 vuoden kuluttua. Me ajattelemme tämän olevan todennäköisesti 10 - 20-vuotiaita.
AM: Millaisia antureita tai tieteellisiä laitteita kuvittelet pystyväsi käyttämään näitä asioita?
PB: Kuvankäsittely on selvästi jotain, jonka haluaisimme tehdä. Koska kameroista tulee uskomattoman pieniä ja kestäviä, kokoalueella on jo yksiköitä, jotka voitaisiin asentaa näihin asioihin. Mahdollisesti jotkut yksiköt voitaisiin varustaa suurennusominaisuuksilla, joten voitaisiin katsoa niiden materiaalien kuvioita, joille he laskeutuvat. Pienten kameroiden ottamien kuvien integrointi moniin pieniin yksiköihin on yksi tulevaisuuden kehityskohteista. Se on tämän projektin ulkopuolella, mutta juuri sitä ajattelemme kuvantamiseen. Ja sitten varmasti kemialliset anturit, jotka kykenevät haistamaan ja tuntemaan kemiallisen ympäristön, mikä on erittäin kriittistä. Kaikkea pienistä lasersinkistä kaasuseosten ioniselektiivisiin elektroneihin.
Suunnittelemme, että heillä ei ole kaikkia identtisiä, vaan pikemminkin yhtye, jossa on tarpeeksi erilaisia yksiköitä, joissa on erityyppiset anturit, jotta todennäköisyys olisi silti suuri, jopa kun otetaan huomioon melko suuret yksikkömäärähäviöt, että me olisi silti täydellinen anturivalikoima. Vaikka jokaisella yksittäisellä yksiköllä ei voisi olla jättiläistä hyötykuormaa antureita, sinulla voisi olla tarpeeksi, jotta se voisi antaa merkittävän päällekkäisyyden muiden yksiköidensä kanssa.
AM: Onko mahdollista tehdä biologinen testaus?
PB: Luulen niin. Erityisesti jos kuvittelet aikataulua, jota tarkastelemme, etenemisen myötä, joka tapahtuu verkossa kaiken kvanttipisteistä siruun lab-laitteisiin asti. Tietenkin vaikeuksia on saada näytemateriaalia niille. Mutta kun kyseessä on pieniä maayhteyttä käyttäviä yksiköitä, kuten hyppäävät mikrobotimme, saatat pystyä sijoittamaan ne suoraan materiaalin päälle, jonka he haluavat testata. Yhdessä mikroskopian ja laajemman kentän kuvien kanssa mielestäni siellä on kyky tehdä vakavaa biologista työtä.
AM: Onko sinulla käsitys siitä, mitkä virstanpylväät ovat, joita toivot saavuttavasi kaksivuotisen projektin aikana?
PB: Odotamme, että maaliskuuhun mennessä meillä voi olla raa'ita prototyyppejä, joilla on asiaankuuluva liikkuvuus. Mutta se voi olla liian kunnianhimoinen. Kun meillä on liikkuvia yksiköitä, suunnitelmamme on tehdä kenttätestauksia oikeissa laavaputkiluolissa, joita tutkimme New Mexicossa.
Kenttäsivusto on jo testattu. Osana vaihetta I MIT-ryhmä tuli ulos ja opetin heille vähän luhtaamisesta ja siitä, millainen maasto oli. Se oli heille suuri silmien avaaja. On yksi asia suunnitella robotteja MIT: n saliin, mutta on toinen asia suunnitella niitä reaalimaailman kivisiin ympäristöihin. Se oli erittäin opettavainen kokemus meille kaikille. Mielestäni heillä on melko hyvä idea, mitä ehtoja heidän on noudatettava suunnittelussaan.
AM: Mitkä ovat nämä ehdot?
PB: Erittäin epätasainen maasto, paljon rakoja, joihin nämä kaverit voivat juuttua tilapäisesti. Joten tarvitsemme toimintatapoja, jotka sallivat heidän poistua itsestään, ainakin kohtuullisin menestysmahdollisuuksin. Näköviestinnän haasteet erittäin karkealla pinnalla. Päästä isojen lohkareiden yli. Juuttuminen pieniin halkeamiin. Tällaisia asioita.
Lava ei ole tasainen. Lavaputkien sisäpuoli on luontaisesti sileä niiden muodostumisen jälkeen, mutta siellä on paljon materiaalia, joka kutistuu ja halkeilee ja putoaa alas. Joten on rauniopaaluja kiertämiseen ja ohitse, ja paljon korkeuden muutosta. Ja nämä ovat asioita, joita tavanomaisilla roboteilla ei ole kykyä tehdä.
Alkuperäinen lähde: NASA Astrobiology
