Планетарни MicroBots. Кредит за изображение: НАСА Увеличи
Интервю с Пени Бостън, I част
Ако искате да пътувате до далечни звезди или да намерите живот на друг свят, е необходимо малко да планирате. Ето защо НАСА създаде NIAC, Института за напреднали концепции на НАСА. През последните няколко години НАСА насърчава учените и инженерите да мислят извън кутията, да измислят идеи точно от тази страна на научната фантастика. Тяхната надежда е, че някои от тези идеи ще пропаднат и ще осигурят на агенцията технологии, които тя може да използва 20, 30 или 40 години по пътя.
NIAC осигурява финансиране на конкурентна основа. Финансират се само шепа от десетките подадени предложения. Финансирането на фаза I е минимално, достатъчно е само за изследователите да представят идеята си на хартия. Ако идеята покаже заслуга, тя може да получи фаза II финансиране, което позволява изследванията да продължат от чистата концепция до етапа на суровия прототип.
Един от проектите, които получиха фаза II на финансиране по-рано тази година, беше сътрудничество между д-р Пенелопа Бостън и д-р Стивън Дубовски за разработване на „скачащи микроботи“, способни да изследват опасния терен, включително подземни пещери. Ако проектът приключи, може някой ден да бъдат изпратени скачащи микроботи, за да търсят живот под повърхността на Марс.
Бостън прекарва много време в пещери, изучавайки микроорганизмите, които живеят там. Тя е директор на Програмата за изследвания на пещерата и карста и доцент в New Mexico Tech в Сокоро, Ню Мексико. Дубовски е директор на лабораторията за полева и космическа роботика на MIT в MIT, в Кеймбридж, Масачузетс. Той е известен отчасти с изследванията си за изкуствени мускули.
Списание Astrobiology интервюира Бостън малко след като тя и Dubowsky получиха своята фаза II NIAC. Това е първото от интервю от две части. Astrobiology Magazine (AM): Вие и д-р Стивън Дубовски наскоро получихте финансиране от NIAC, за да работите върху идеята за използване на миниатюрни роботи за изследване на подземни пещери на Марс? Как възникна този проект?
Пени Бостън (ПБ): Ние вършехме доста работа в пещерите на Земята, за да разгледаме микробните обитатели на тези уникални среди. Смятаме, че те могат да служат като шаблони за търсене на форми на живот на Марс и други извънземни тела. Публикувах статия през 1992 г. с Крис Маккей и Майкъл Иванов, предполагайки, че подземната повърхност на Марс ще бъде последното убежище на живота на тази планета, тъй като става по-студено и по-сухо през геоложки времена. Това ни навлече в бизнеса да гледаме в подземната повърхност на Земята. Когато го направихме, открихме, че има удивителен масив от организми, които очевидно са коренни от подземната повърхност. Те взаимодействат с минералогията и произвеждат уникални биосигнатури. Така за нас стана много плодородна област за изследване.
Навлизането в трудни пещери дори на тази планета не е толкова лесно. Превеждането на това на роботизирани извънземни мисии изисква известна мисъл. Имаме добри данни за изображения от Марс, показващи ясно изразени геоморфологични доказателства за най-малко пещери от лава-тръба. Знаем, че Марс има поне един тип пещера, който би могъл да бъде полезна научна цел за бъдещи мисии. Вероятно е да се мисли, че има и други видове пещери и ние имаме книга в печата в предстояща специална книга на Геологическото общество на Америка, която изследва уникални пещерообразуващи (спелеогенетични) механизми на Марс. Голямата стихия е как да се заобиколиш в такъв строг и труден терен.
АМ: Можете ли да опишете какво направихте в първата фаза на проекта?
ПБ: Във фаза I искахме да се съсредоточим върху роботизирани единици, които бяха малки, многобройни (следователно разходни), до голяма степен автономни и които имаха мобилността, необходима за влизане в неравномерни терени. Въз основа на постоянната работа на д-р Дубовски с роботизирано с изкуствени мускули роботизирано движение, ние дойдохме идеята за много, много, мънички малки сфери, за размерите на тенис топки, които по същество скачат, почти като мексикански скачащи зърна. Те запасяват мускулна енергия, така да се каже, и след това се отказват в различни посоки. Ето как се движат.
кредит: Рендер от R.D.Gus Frederick
Планетарни настройки за широкомащабно планетарно изследване на повърхности и подземни повърхности. Кликнете върху изображението за по-голям изглед.
Image Credit: Render by R.D.Gus Frederick
Изчислихме, че вероятно бихме могли да опаковаме около хиляда от тези момчета в маса на полезен товар в размер на един от текущите MER (Mars Exploration Rovers). Това би ни предоставило гъвкавостта да понесем загубата на голям процент от единиците и все пак да имаме мрежа, която би могла да прави реконструкция и датчици, изображения и може би дори някои други научни функции.
АМ: Как всички тези малки сфери се координират помежду си?
ПБ: Те се държат като рояк. Те се свързват помежду си, като използват много прости правила, но това създава голяма гъвкавост в тяхното колективно поведение, което им позволява да отговорят на нуждите на непредсказуем и опасен терен. Крайният продукт, който предвиждаме, е автопарк от тези малки момчета, които се изпращат до обещаващо място за кацане, излизат от кацателя и след това преминават към някакъв подземен или друг опасен терен, където се разгръщат като мрежа. Те създават клетъчна комуникационна мрежа на база възел-възел.
АМ: Способни ли са да контролират посоката, в която скачат?
ПБ: Имаме стремежи те в крайна сметка да бъдат много способни. Докато навлизаме във фаза II, ние работим с Fritz Printz в Станфорд за ултра-миниатюрни горивни клетки, за да захранваме тези малки момчета, което би им позволило да правят доста сложен набор от неща. Една от тези възможности е да имат някакъв контрол над посоката, в която вървят. Има определени начини, по които те могат да бъдат изградени, които могат да им позволят да преференциално да тръгнат в една или друга посока. Не е толкова точно, колкото би било, ако колесните роувъри просто вървят по права пътека. Но те могат да се предпочитат повече или по-малко в посоката, в която желаят да тръгнат. Така че ние предвиждаме, че те ще имат поне груб контрол над посоката. Но голяма част от тяхната стойност е свързана с движението им на роя като разширяващ се облак.
Колкото и прекрасни да са роверите MER, за вида наука, която правя, имам нужда от нещо по-близко до идеята за роботи с насекоми, създадена от Родни Брукс в MIT. Възможността да се възползвам от модела на интелигентността на насекомите и да се адаптира за изследване отдавна ми харесваше. Като добавя това към уникалната мобилност, предоставена от скачащата идея на д-р Дубовски, мисля, че може да позволи разумен процент от тези малки единици да оцелеят от опасностите от подземния терен - това ми се стори като магическа комбинация.
НВ: Значи, на фаза I, нещо от тях всъщност ли се изгради?
PB: Не. Фаза I, с NIAC, е шестмесечно проучване за мозъчно напрежение, натискане на молив, за да се обхване съвременното ниво на съответните технологии. Във фаза II ще направим ограничено количество прототипиране и тестване на полета за период от две години. Това е много по-малко от това, което човек може да се нуждае за действителна мисия. Но, разбира се, това е мандатът на NIAC да изследва технологиите от 10 до 40 години. Смятаме, че това вероятно е в обхвата от 10 до 20 години.
АМ: Какви видове сензори или научно оборудване смятате, че можете да поставите тези неща?
ПБ: Представянето на изображения е очевидно нещо, което бихме искали да правим. Тъй като камерите стават невероятно мънички и здрави, вече има единици в диапазона на размерите, които биха могли да бъдат монтирани на тези неща. Вероятно някои от елементите могат да бъдат оборудвани с възможност за увеличение, така че човек може да разгледа текстурите на материалите, на които каца. Интегрирането на изображения, направени от миниатюрни камери на много различни малки единици, е една от областите за бъдещо развитие. Това е извън обхвата на този проект, но това е, което мислим за изображения. И тогава, със сигурност химически сензори, умеещи да подушват и усещат химическата среда, което е много критично. Всичко от миниатюрни лазерни носове до йон-селективни електроди за газове.
Предвиждаме им да не са еднакви, а по-скоро ансамбъл, с достатъчно от различните видове единици, оборудвани с различни видове сензори, така че вероятността да е все още висока, дори и при доста големи загуби на брой единици, че ние пак ще има пълен набор от сензори. Въпреки че всяка отделна единица не може да има огромен полезен товар от сензори, бихте могли да имате достатъчно, така че да може да се припокрива значително с колегите си.
АМ: Ще бъде възможно ли да се направи биологично изследване?
ПБ: Мисля, че е така. Особено ако си представите времевата рамка, която разглеждаме, с напредъка, който идва онлайн с всичко - от квантови точки до устройства с лаборатория върху чип. Разбира се, трудността е получаването на примерни материали към тези. Но когато имаме работа с малки единици, които контактуват със земята, като нашите скачащи микроботи, може да можете да ги позиционирате директно върху материала, който те искат да тестват. В комбинация с микроскопия и изображения с по-широко поле, мисля, че способността е налице за извършване на сериозна биологична работа.
АМ: Имате ли представа какви са основните етапи, които се надявате да постигнете по време на двугодишния си проект?
ПБ: Очакваме, че до март може да имаме сурови прототипи, които имат съответната мобилност. Но това може да е прекалено амбициозно. След като разполагаме с мобилни устройства, нашият план е да направим полеви тестове в истински пещери с лава тръби, за които се занимаваме с наука в Ню Мексико.
Теренният сайт вече е тестван. Като част от фаза I групата MIT излезе и ги научих малко на пещерата и какъв е бил всъщност теренът. Това беше голямо отваряне на очите за тях. Едно е да проектирате роботи за залите на MIT, но е друго да ги проектирате за реални скалисти среди. Това беше много образователно преживяване за всички нас. Мисля, че имат доста добра представа какви са условията, че трябва да се срещнат с дизайна си.
А.М .: Какви са тези условия?
PB: Изключително неравен терен, много пукнатини, в които тези момчета биха могли временно да се забият. Така че ще се нуждаем от режими на работа, които ще им позволят да се измъкнат, поне с разумен шанс за успех. Предизвикателствата на комуникацията с гледка в силно груба повърхност. Преодоляване на големи камъни. Забиване в малки пукнатини. Неща от този вид.
Лавата не е гладка. Вътрешността на лава тръбите е присъщо гладка след формирането им, но има много материал, който се свива и напуква и пада надолу. Така че има купчини за развалини, за да се заобикаляте и прекачвате, и много повдигащи се промени. И това са неща, които конвенционалните роботи нямат възможност.
Оригинален източник: Астробиология на НАСА
