Планетарні мікроботи. Кредит зображення: NASA Натисніть, щоб збільшити
Інтерв'ю з Пенні Бостон, перша частина
Якщо ви хочете подорожувати до далеких зірок або знайти життя в іншому світі, потрібно трохи запланувати. Ось чому NASA створила NIAC, Інститут передових концепцій NASA. Протягом останніх декількох років НАСА спонукає вчених та інженерів мислити нестандартно, придумувати ідеї саме цієї сторони наукової фантастики. Їх сподівання полягає в тому, що деякі з цих ідей відстороняться і надаватимуть агенції технології, які вона може використовувати 20, 30 або 40 років вниз.
NIAC забезпечує фінансування на конкурсній основі. Фінансується лише декілька десятків поданих пропозицій. Фінансування I фази мінімальне, достатньо, щоб дослідники сформулювали свою ідею на папері. Якщо ідея виявляє заслугу, вона може отримати фінансування ІІ фази, що дозволить дослідженням продовжуватися від чистої концепції до етапу сирої прототипу.
Одним із проектів, який отримав фінансування ІІ фази на початку цього року, було співпраця доктора Пенелопи Бостон та доктора Стівена Дубовського для розробки «стрибаючих мікроботів», здатних досліджувати небезпечну місцевість, включаючи підземні печери. Якщо проект припиняється, через якийсь день можуть бути відправлені стрибкові мікроботи, щоб шукати життя під поверхнею Марса.
Бостон проводить багато часу в печерах, вивчаючи мікроорганізми, які там живуть. Вона - директор програми досліджень печери та карсту та доцент кафедри New Mexico Tech у місті Сокорро, Нью-Мексико. Дубовський - директор лабораторії польової та космічної робототехніки MIT в Кембриджі, штат Массачусетс. Він частково відомий своїми дослідженнями штучних м'язів.
Журнал з астробіології взяв інтерв'ю в Бостоні незабаром після того, як вони з Дубовським отримали грант NIAC фази II. Це перше з двоскладових інтерв'ю. Журнал астробіології (AM): Ви та доктор Стівен Дубовський нещодавно отримали фінансування від NIAC для роботи над ідеєю використання мініатюрних роботів для дослідження підземних печер на Марсі? Як виник цей проект?
Пенні Бостон (штат Пенсільванія): Ми робимо досить багато роботи в печерах на Землі, щоб переконатися, що ми спостерігаємо за мікробними мешканцями цих унікальних середовищ. Ми вважаємо, що вони можуть слугувати шаблонами для пошуку форм життя на Марсі та інших позаземних тілах. Я опублікував доповідь у 1992 році з Крісом Маккеєм та Майклом Іваном, припустивши, що підземний поверх Марса стане останнім притулком життя на цій планеті, оскільки він стає холоднішим і сухішим у геологічний час. Це запустило нас у справу заглиблення у надр Землі. Коли ми це зробили, ми виявили, що існує надзвичайний масив організмів, які, мабуть, є корінними до надр. Вони взаємодіють з мінералогією і виробляють унікальні біосигнатури. Тож це стало дуже родючою для нас територією для вивчення.
Потрапити в складні печери навіть на цій планеті не так просто. Переклад цього на робототехнічні позаземні місії потребує певної думки. У нас є хороші дані зображень з Марса, які показують чіткі геоморфологічні дані для принаймні печер із лавою. Отже ми знаємо, що на Марсі є принаймні той тип печери, який міг би стати корисною науковою метою для майбутніх місій. Можна подумати, що існують також інші типи печер, і ми маємо статтю в пресі в майбутньому Спеціальному документі Геологічного товариства Америки, який вивчає унікальні пелеобразуючі (спелеогенетичні) механізми на Марсі. Важливим моментом є те, як обійти такий жорсткий і складний рельєф.
А.М .: Ви можете описати, що ви робили на першому етапі проекту?
ПБ: На І фазі ми хотіли зосередити увагу на робототехнічних підрозділах, які були невеликими, дуже численними (отже, витратні), значною мірою автономними, і мали мобільність, необхідну для проникнення в нерівні місцевості. Спираючись на постійну роботу доктора Дубовського з робототехнічним рухом, що спрацьовує штучними м'язами, ми придумали ідею багатьох, багатьох, крихітних маленьких сфер, розміром тенісних м'ячів, які, по суті, скачуть, майже як мексиканські стрибаючі боби. Вони, так би мовити, накопичують енергію м’язів, а потім відволікають себе в різних напрямках. Ось як вони рухаються.
кредит: Візуалізація R.D.Gus Frederick
Планетарне налаштування для великомасштабних планетних досліджень та підземних досліджень. Клацніть зображення для збільшення зображення.
Кредит на зображення: Візуалізація R.D.Gus Frederick
Ми підрахували, що, ймовірно, ми могли б спакувати близько тисячі цих хлопців у масу корисного навантаження розміром з одного із поточних MER (Mars Exploration Rovers). Це дало б нам гнучкість зазнати втрати великого відсотка одиниць і все ще мати мережу, яка могла б виконувати реконструкцію та зондування, зображення та, можливо, навіть деякі інші наукові функції.
А.М .: Як всі ці маленькі сфери координують одна з одною?
ПБ: Вони поводяться як рой. Вони стосуються один одного, використовуючи дуже прості правила, але це створює велику гнучкість у їх колективній поведінці, що дозволяє їм відповідати вимогам непередбачуваної та небезпечної місцевості. Кінцевим продуктом, який ми маємо на увазі, є флот цих маленьких хлопців, відправлених на якийсь багатообіцяючий посадковий майданчик, виходу з приземлення і потім пробираючись до якоїсь підземної або іншої небезпечної місцевості, де вони розгортаються як мережа. Вони створюють мережу стільникового зв'язку на основі «вузол до вузла».
А.М .: Чи здатні вони контролювати напрямок, в якому вони скакають?
ПБ: Ми прагнемо, щоб вони зрештою були дуже здатними. Коли ми переходимо до другої фази, ми працюємо з Фріц Принцом у Стенфорді над ультра мініатюрними паливними елементами для живлення цих маленьких хлопців, що дозволить їм зробити досить складний масив речей. Однією з таких можливостей є певний контроль над тим, у якому напрямку вони йдуть. Існують певні шляхи їх побудови, які дозволять їм переважно йти в ту чи іншу сторону. Це не так точно, як це було б, якби вони на колесних роверах просто рухалися прямою дорогою. Але вони можуть переважно нахиляти себе більш-менш у тому напрямку, у якому вони хочуть йти. Тож ми передбачаємо, що вони матимуть принаймні жорсткий контроль над напрямком. Але велика їхня цінність пов'язана з рухом рою як хмари, що розширюється.
Настільки ж чудові, як і мотори MER, для такої науки, яку я займаюсь, мені потрібно щось більше схоже на ідею робота з комахами, яку створив Родні Брукс в MIT. Моя можливість скористатися моделлю інтелекту комах та пристосуванням до розвідки мені давно сподобалася. Додаючи це, до унікальної мобільності, яку надає ідея доктора Дубовського, я думаю, може дати можливість розумному відсотку цих маленьких одиниць пережити небезпеки підземної місцевості - це для мене просто здавалося магічним поєднанням.
НВ: Отже, на І фазі, що-небудь з них насправді було побудовано?
PB: Ні. Фаза I, з NIAC, - це шість місяців тривалого мозку, напруженого олівцем, дослідження, що дозволяє розширити сучасні технології відповідних технологій. На II фазі ми будемо робити обмежену кількість прототипування та тестування на місцях протягом двох років. Це набагато менше того, що може знадобитися для фактичної місії. Але, звичайно, це мандат NIAC вивчати технології 10–40 років. Ми думаємо, що це, ймовірно, в межах від 10 до 20 років.
А.М .: Які типи датчиків чи наукового обладнання ви уявляєте собі, що зможете надіти ці речі?
ПБ: Зображення - це явно те, що ми хотіли б зробити. Оскільки камери стають неймовірно крихітними та надійними, вже є апарати в діапазоні розмірів, які можна було б встановити на ці речі. Можливо, деякі пристрої можуть бути обладнані можливістю збільшення, так що можна було б подивитися на текстури матеріалів, на які вони висаджуються. Інтеграція зображень, зроблених крихітними камерами на безлічі різних маленьких блоків, є одним із напрямків майбутнього розвитку. Це виходить за рамки цього проекту, але це те, що ми думаємо для зображень. І тоді, звичайно, хімічні датчики, здатні нюхати та відчувати хімічне середовище, що дуже критично. Все - від крихітних лазерних ніс до іоноселективних електродів для газів.
Ми передбачаємо, що вони мають не всі однакові, а скоріше ансамбль з достатньою кількістю різних одиниць, оснащених різними типами датчиків, щоб ймовірність все-таки була високою, навіть зважаючи на досить високі втрати кількості одиниць, що ми як і раніше матиме повний набір датчиків. Незважаючи на те, що кожен окремий пристрій не може мати величезну корисну навантаження датчиків, у вас може бути достатньо, щоб він міг значно збігатися зі своїми колегами.
А.М .: Чи вдасться зробити біологічне тестування?
ПБ: Я так думаю. Особливо, якщо ви уявляєте часовий проміжок, який ми дивимось, з досягненнями, які надходять в Інтернет, з усього, починаючи від квантових точок до пристроїв лабораторії на чипі. Звичайно, складність полягає в тому, щоб отримати зразковий матеріал до них. Але коли ми маємо справу з маленькими підрозділами, що контактують із землею, такими як наші стрибаючі мікроботи, ви зможете розмістити їх безпосередньо над матеріалом, який вони хочуть перевірити. У поєднанні з мікроскопією та більш широкими полями, я думаю, що є можливість зробити серйозну біологічну роботу.
А.М .: Чи маєте ви уявлення про ті основні віхи, які ви сподіваєтесь досягти під час свого дворічного проекту?
ПБ: Ми очікуємо, що до березня ми можемо мати сирі прототипи, які мають відповідну мобільність. Але це може бути надто амбітним. Як тільки у нас є мобільні пристрої, наш план полягає в тому, щоб провести польові випробування в справжніх печерах з лавовими трубами, якими ми займаємось наукою в Нью-Мексико.
Польовий сайт уже перевірений. У рамках Фази I вийшла група MIT, і я навчив їх трохи про печеру та те, що місцевість насправді була такою. Це було велике відкриття очей для них. Одне з них - створити роботів для залів MIT, але інша справа - створити їх для скелястих середовищ у реальному світі. Це був дуже навчальний досвід для всіх нас. Я думаю, що вони мають гарне уявлення про те, які умови вони повинні зустріти зі своїм дизайном.
А.М .: Які це умови?
ПБ: Надзвичайно нерівна місцевість, безліч щілин, на яких ці хлопці можуть тимчасово забитись. Тому нам потрібні режими роботи, які дозволять їм витягнути себе, принаймні, з розумним шансом на успіх. Завдання прямолінійного спілкування на високо шорсткій поверхні. Потрапляючи над великими валунами. Застрягли в невеликих тріщинах. Речі такого роду.
Лава не гладка. Внутрішня частина лавових трубок суттєво гладка після їх утворення, але є багато матеріалу, який стискається, розтріскується і падає. Таким чином, є кучі щебеню, які можна обходити знову і знову, і багато змінних змін. І це речі, які звичайні роботи не мають можливості робити.
Оригінальне джерело: NASA Astrobiology
