Planētu mikroboti. Attēla kredīts: NASA Noklikšķiniet, lai palielinātu
Intervija ar Peniju Bostonu, I daļa
Ja vēlaties ceļot uz tālām zvaigznēm vai atrast dzīvi citā pasaulē, tas prasa mazliet plānošanas. Tāpēc NASA ir izveidojusi NIAC, NASA progresīvo koncepciju institūtu. Jau vairākus gadus NASA mudina zinātniekus un inženierus domāt ārpus tā, lai nākt klajā ar idejām tieši šajā zinātniskās fantastikas pusē. Viņi cer, ka dažas no šīm idejām tiks izmantotas un nodrošinās aģentūrai tehnoloģijas, kuras tā varēs izmantot 20, 30 vai 40 gadus.
NIAC nodrošina finansējumu uz konkurences pamata. Tikai daži no iesniegtajiem priekšlikumiem tiek finansēti nedaudziem. I fāzes finansējums ir minimāls, pietiek tikai ar to, lai pētnieki varētu ideju realizēt uz papīra. Ja ideja parāda nopelnus, tā var saņemt II fāzes finansējumu, ļaujot turpināt pētījumu no tīras idejas līdz neapstrādāta prototipa stadijai.
Viens no projektiem, kas šī gada sākumā saņēma II fāzes finansējumu, bija Dr Penelope Boston un Dr. Steven Dubowsky sadarbība, lai izstrādātu “lēciena mikrobotus”, kas spēj izpētīt bīstamu reljefu, ieskaitot pazemes alas. Ja projekts neizdodas, mikrobotus, kas lec, kādu dienu var nosūtīt dzīvības meklēšanai zem Marsa virsmas.
Bostona daudz laika pavada alās, pētot mikroorganismus, kas tur dzīvo. Viņa ir Alu un karsta studiju programmas direktore un asociētās profesores filmā New Mexico Tech Socorro, Ņūmeksikā. Dubovskis ir MIT lauka un kosmosa robotikas laboratorijas direktors Kembridžā, Masačūsetsā. Daļēji viņš ir pazīstams ar mākslīgo muskuļu pētījumiem.
Žurnāls Astrobiology intervēja Bostonu neilgi pēc tam, kad viņa un Dubovska saņēma II posma NIAC stipendiju. Šī ir pirmā no divdaļu intervijas. Žurnāls Astrobiology (AM): Jūs un Dr Steven Dubowsky nesen saņēmāt NIAC finansējumu, lai strādātu pie idejas izmantot miniatūrus robotus, lai izpētītu zemes virsmas alas Marsā? Kā šis projekts radās?
Penijs Bostons (PB): Mēs esam paveikuši diezgan daudz darba alās uz Zemes, lai uzraudzītu šo unikālās vides mikrobu iedzīvotājus. Mēs domājam, ka tie var kalpot kā veidnes dzīvības formu meklēšanai uz Marsa un citiem ārpuszemes ķermeņiem. Es kopā ar Krisu Makkeju un Maiklu Ivanovu 1992. gadā publicēju rakstu, kurā tika ierosināts, ka Marsa pazemes virsma būs pēdējais dzīvības patvērums uz šīs planētas, jo ģeoloģiskā laika gaitā tas kļūs vēsāks un sausāks. Tas mums ļāva izpētīt zemes virsmu. Kad mēs to izdarījām, mēs atklājām, ka ir pārsteidzošs organismu klāsts, kas acīmredzami ir pamatnes pamatiedzīvotāji. Viņi mijiedarbojas ar mineraloģiju un rada unikālus bioparakstus. Tātad mums tas kļuva par ļoti auglīgu apgabalu, kurā mācīties.
Nokļūt sarežģītās alās pat uz šīs planētas nav tik vienkārši. Pārveidojot to par robotizētām ārpuszemes misijām, ir jāpārdomā. Mums ir labi attēlu dati no Marsa, kas parāda atšķirīgus ģeomorfoloģiskus pierādījumus vismaz lavas caurules alām. Tātad mēs zinām, ka Marsam ir vismaz viena veida ala, kas varētu būt noderīgs zinātnisks mērķis turpmākajām misijām. Ir ticami domāt, ka ir arī citi alas veidi, un mums ir preses izdevums gaidāmajā Amerikas Ģeoloģiskās biedrības speciālajā dokumentā, kas pēta unikālus alu veidošanas (speleoģenētiskos) mehānismus uz Marsa. Lielais pieturēšanās punkts ir tas, kā izbraukt šādā stingrā un grūtā reljefā.
AM: Vai jūs varat aprakstīt, ko jūs darījāt projekta pirmajā posmā?
PB: I fāzē mēs vēlējāmies koncentrēties uz robotizētām vienībām, kas bija mazas, ļoti daudzas (tātad izlietojamas), lielākoties autonomas un kurām bija mobilitāte, kas nepieciešama iekļūšanai nelīdzenajā reljefā. Balstoties uz Dr Dubovska nepārtraukto darbu ar mākslīgo muskuļu aktivizētu robotizētu kustību, mēs nācām klajā ar ideju par daudzām, daudzām, niecīgām un mazām sfērām, par tenisa bumbiņu lielumu, kas būtībā apiņu, gandrīz kā meksikāņu lēkājošās pupiņas. Viņi, tā sakot, uzkrāj muskuļu enerģiju, un pēc tam viņi sevi virza dažādos virzienos. Tā viņi pārvietojas.
kredīts: R.D.Guss Frederiks
Planētu iestatīšana liela mēroga planētu virsmas un grunts izpētei. Noklikšķiniet uz attēla, lai to palielinātu.
Attēla kredīts: R.D.Guss Frederiks
Mēs esam aprēķinājuši, ka mēs, iespējams, varētu iesaiņot apmēram tūkstoti no šiem puišiem kravas kravām, kuru lielums ir viens no pašreizējiem MER (Mars Exploration Rovers). Tas mums dotu elastību ciest lielas daļas vienību zaudējumu un joprojām būtu tīkls, kas varētu veikt rekonstrukciju un uztveršanu, attēlveidošanu un, iespējams, pat dažas citas zinātnes funkcijas.
AM: Kā visas šīs mazās sfēras koordinē viena ar otru?
PB: Viņi uzvedas kā bars. Tie ir savstarpēji saistīti, izmantojot ļoti vienkāršus noteikumus, taču tas rada lielu elastību viņu kolektīvajā uzvedībā, kas viņiem ļauj izpildīt neparedzamas un bīstamas teritorijas prasības. Galīgais produkts, ko mēs domājam, ir šo mazo puišu autoparks, kas tiek nosūtīts uz kādu daudzsološu nolaišanās vietu, izejot no krastmalas un pēc tam dodoties uz kādu zemes virsmu vai citu bīstamu reljefu, kur viņi sevi izvieto kā tīklu. Viņi izveido mobilo sakaru tīklu, izmantojot mezglu-mezglu principu.
AM: Vai viņi spēj kontrolēt virzienu, kurā viņi lēkā?
PB: Mums ir tieksmes, lai viņi galu galā būtu ļoti spējīgi. Pārejot II fāzei, mēs strādājam ar Fritz Printz Stenfordā pie ultra-miniatūrām degvielas elementiem, lai darbinātu šos mazos puišus, kas viņiem ļautu veikt diezgan sarežģītas lietas. Viena no šīm spējām ir kaut nedaudz kontrolēt virzienu, kurā viņi dodas. Ir daži veidi, kā tos var būvēt, kas viņiem var dot priekšroku iet vienā vai otrā virzienā. Tas nav tik precīzi, kā tas būtu, ja tie būtu braucēji ar riteņiem, kas iet tikai pa taisnu ceļu. Bet viņi var dot priekšroku vairāk vai mazāk novirzīt sevi tajā virzienā, kurā vēlas iet. Tāpēc mēs domājam, ka viņiem būs vismaz rupja kontrole pār virzienu. Bet liela daļa viņu vērtības ir saistīta ar viņu spieta kustību kā paplašinošu mākoni.
Tikpat brīnišķīgi kā MER rovers, manas zinātnes veidam man ir vajadzīgs kaut kas vairāk līdzīgs kukaiņu robotu idejai, kuru MIT vadīja Rodnijs Brooks. Spēja izmantot kukaiņu izlūkošanas modeli un adaptāciju izpētei jau sen mani uzrunāja. Pievienojot to unikālajai mobilitātei, ko nodrošina Dr Dubovska lēciena ideja, es domāju, ka tas var ļaut saprātīgam šo mazo vienību procentuālajam līmenim izdzīvot no zemes virskārtas radītajiem draudiem - tas man šķita tikai kā maģiska kombinācija.
HB: Tātad, 1. fāzē kāds no šiem tika faktiski uzbūvēts?
PB: nē. I fāze kopā ar NIAC ir sešus mēnešus ilgs smadzeņu sasprindzinājuma, zīmuļu stumšanas pētījums, lai izvērstu attiecīgo tehnoloģiju sasniegumu līmeni. II fāzē divu gadu laikā mēs veiksim ierobežotu daudzumu prototipu izstrādes un izmēģinājumu uz lauka. Tas ir daudz mazāk nekā tas, kas varētu būt vajadzīgs faktiskai misijai. Bet, protams, tas ir NIAC pilnvarojums pārbaudīt tehnoloģiju no 10 līdz 40 gadiem. Mēs domājam, ka tas, iespējams, ir no 10 līdz 20 gadiem.
AM: Kādus sensorus vai zinātnisko aprīkojumu jūs iedomājaties, ka varētu uzlikt šīm lietām?
PB: Attēlveidošana noteikti ir kaut kas tāds, ko mēs vēlētos darīt. Tā kā kameras kļūst neticami niecīgas un noturīgas, izmēru diapazonā jau ir vienības, kuras varētu uzstādīt uz šīm lietām. Iespējams, ka dažas no šīm ierīcēm varētu tikt palielinātas, tāpēc varētu aplūkot to materiālu faktūras, uz kuriem tās nolaižas. Viena no jomām turpmākai attīstībai ir mazo kameru uzņemto attēlu integrēšana daudzās dažādās mazās vienībās. Tas ir ārpus šī projekta darbības jomas, bet tieši to mēs domājam attēlveidošanai. Un tad, protams, ķīmiskie sensori, spējot šņaukāties un uztvert ķīmisko vidi, kas ir ļoti kritiska. Viss, sākot no sīkām lāzera degunām un beidzot ar jonu selektīviem gāzu elektrodiem.
Mēs domājam, ka tie nav visi identiski, bet drīzāk ir ansamblis, kurā ir pietiekami daudz dažādu vienību, kas aprīkoti ar dažāda veida sensoriem, lai varbūtība joprojām būtu augsta, pat ņemot vērā diezgan lielus vienību skaita zaudējumus, ka mēs joprojām būtu pilns sensoru komplekts. Kaut arī katrai atsevišķai vienībai nevar būt milzīga sensoru slodze, jums to varētu būt pietiekami, lai tā varētu ievērojami pārklāties ar citām līdzīgajām vienībām.
AM: Vai būs iespējams veikt bioloģisko pārbaudi?
PB: Es tā domāju. Īpaši, ja iedomājaties laika grafiku, ko mēs skatāmies, ņemot vērā progresu, kas tiešsaistē notiek ar visu, sākot no kvantu punktiem un beidzot ar mikroshēmas ierīcēm. Protams, grūtības ir iegūt paraugu materiālus tiem. Bet, kad runa ir par mazām ar zemi kontaktējošām vienībām, piemēram, ar mūsu lēciena mikrobotiem, jūs, iespējams, varēsit novietot tos tieši virs materiāla, kuru viņi vēlas pārbaudīt. Es domāju, ka kombinācijā ar mikroskopiju un plašāka lauka attēliem ir iespējams veikt kādu nopietnu bioloģisko darbu.
AM: Vai jums ir priekšstats par atskaites punktiem, kurus jūs cerat sasniegt sava divu gadu projekta laikā?
PB: Mēs paredzam, ka līdz martam mums varētu būt neapstrādāti prototipi, kuriem ir atbilstoša mobilitāte. Bet tas varbūt ir pārāk ambiciozi. Kad mums būs mobilās vienības, mūsu plāns ir veikt lauka pārbaudi reālās lavas caurules alās, par kurām mēs strādājam zinātnē Ņūmeksikā.
Lauka vietne jau ir pārbaudīta. I fāzes laikā iznāca MIT grupa, un es viņiem mazliet iemācīju par alu veidošanu un to, kāds patiesībā bija reljefs. Viņiem tas bija liels acu atvērējs. Robotu projektēšana MIT zālēs ir viena lieta, bet cita lieta ir tos projektēt reālās pasaules akmeņainā vidē. Tā mums visiem bija ļoti izglītojoša pieredze. Es domāju, ka viņiem ir diezgan laba ideja, kādi ir nosacījumi, kādiem ir jāatbilst viņu dizainam.
AM: Kādi ir šie nosacījumi?
PB: ārkārtīgi nelīdzens reljefs, daudz plaisu, kādos šie puiši varētu īslaicīgi iestrēgt. Tāpēc mums būs nepieciešami darbības režīmi, kas ļaus viņiem sevi izraidīt, vismaz ar saprātīgām iespējām gūt panākumus. Problēmas, kas saistītas ar redzes līnijas komunikāciju ļoti nelīdzenā virsmā. Nokļūšana pāri lieliem laukakmeņiem. Iestrēdzis mazās plaisās. Tādas lietas.
Lava nav gluda. Lavas lampu iekšpuse pēc to izveidošanas ir gluda, taču ir daudz materiālu, kas saraujas un saplaisā un nokrīt. Tātad ir gruvešu pāļi, lai apbrauktu un apbrauktu, un daudz mainās augstums. Un tās ir lietas, kuras parastajiem robotiem nav pa spēkam.
Oriģinālais avots: NASA Astrobioloģija
