Planetarni MicroBots. Kreditna slika: NASA Klikni za veću sliku
Intervju s Penny Boston, I. dio
Ako želite putovati u daleke zvijezde ili pronaći život na nekom drugom svijetu, potrebno je malo planiranja. Zbog toga je NASA osnovala NIAC, NASA-in institut za napredne koncepte. Posljednjih nekoliko godina NASA potiče znanstvenike i inženjere na razmišljanje izvan okvira, da smisle ideje upravo s ove strane znanstvene fantastike. Nada se da će se neke od ovih ideja uskladiti i pružiti agenciji tehnologije koje može koristiti 20, 30 ili 40 godina na putu.
NIAC osigurava financiranje na konkurentnoj osnovi. Financira se samo šačica od desetaka pristiglih prijedloga. Financiranje u prvoj fazi je minimalno, tek toliko da istraživači mogu svoje ideje iznijeti na papir. Ako ideja pokazuje zasluge, tada će možda dobiti fazu II, što će omogućiti da se istraživanje nastavi od čistog koncepta do faze sirovog prototipa.
Jedan od projekata koji su dobili fazu II početkom ove godine bila je suradnja dr. Penelope Boston i dr. Stevena Dubowskog na razvoju „skočnih mikrobotova“ sposobnih za istraživanje opasnih terena, uključujući podzemne pećine. Ako se projekt odustane, možda će jednog dana biti poslani skokovi mikroboti koji traže život ispod površine Marsa.
Boston provodi puno vremena u pećinama, proučavajući mikroorganizme koji tamo žive. Direktorica je programa studija pećina i krša i izvanredna profesorica na New Mexico Tech-u u Socorru, New Mexico. Dubowsky je direktor laboratorija za terensku i svemirsku robotiku MIT-a na MIT-u, Cambridge, Massachusetts. Djelomično je poznat i po svojim istraživanjima umjetnih mišića.
Astrobiology Magazine razgovarao je s Bostonom ubrzo nakon što su ona i Dubowsky dobili potporu II. Faze za NIAC. Ovo je prvi intervju u dvodijelnom razgovoru. Astrobiology Magazine (AM): Vi i dr. Steven Dubowsky nedavno ste dobili sredstva od NIAC-a kako biste radili na ideji korištenja minijaturnih robota za istraživanje podzemnih špilja na Marsu? Kako je nastao taj projekt?
Penny Boston (PB): Prilično smo radili u špiljama na Zemlji, gledajući mikrobne stanovnike ovih jedinstvenih sredina. Mislimo da mogu poslužiti kao predlošci za traženje životnih formi na Marsu i drugim izvanzemaljskim tijelima. Objavio sam članak 1992. s Chrisom McKayom i Michaelom Ivanovom, sugerirajući da će podzemlje Marsa biti posljednje utočište života na tom planetu jer postaje hladnije i sušnije tijekom geološkog vremena. To nas je uvelo u posao gledanja u podzemlje na Zemlji. Kad smo to učinili, otkrili smo da postoji nevjerojatan niz organizama koji su naizgled autohtoni prema podzemlju. U interakciji su s mineralogijom i stvaraju jedinstvene biosignature. Tako je za nas postalo vrlo plodno područje za proučavanje.
Ulazak u teške špilje čak i na ovom planetu nije tako lako. Prevodeći to u robotičke izvanzemaljske misije zahtijeva malo razmišljanja. Imamo dobre podatke o snimanju s Marsa koji pokazuju različite geomorfološke dokaze za barem špilje u obliku lava-cijevi. Dakle, znamo da Mars ima barem onu vrstu špilje koja bi mogla biti korisna znanstvena meta za buduće misije. Vjerojatno je pomisliti da postoje i druge vrste špilja i da ćemo u nadolazećem časopisu Geološkog društva Amerike objaviti poseban rad koji istražuje jedinstvene mehanizme formiranja špilja na Marsu. Velika važna točka je kako se snaći na tako strogim i teškim terenima.
AM: Možete li opisati što ste radili u prvoj fazi projekta?
PB: U prvoj fazi smo se željeli usredotočiti na robotizirane jedinice koje su bile male, vrlo brojne (stoga se mogu trošiti), uglavnom autonomne, a koje su imale mobilnost koja je bila potrebna za ulazak u neravne terene. Na temelju kontinuiranog rada dr. Dubowskog s robotskim pokretima aktiviranim umjetnim mišićima, došli smo do ideje mnogih, mnogo, sitnih malih sfera, veličine teniskih loptica, koja u biti skakuću, gotovo poput meksičkog skakavog graha. Oni, naime, pohranjuju mišićnu energiju, a onda se u raznim smjerovima uspavaju. Tako se kreću.
kredit: Render by R.D.Gus Frederick
Planetarna postavka za istraživanje planetarnih površina i podzemlja velikih razmjera. Kliknite sliku za veći prikaz.
Kreditna slika: Render by R.D.Gus Frederick
Izračunali smo da bismo vjerojatno mogli spakirati otprilike tisuću tih momaka u korisnu masu veličine jedne od trenutnih MER-ova (Mars Exploration Rovers). To bi nam pružilo fleksibilnost da trpimo gubitak velikog postotka jedinica i još uvijek imamo mrežu koja bi mogla izvoditi rekonstrukciju i osmatranje, snimanje slika, a možda čak i neke druge znanstvene funkcije.
AM: Kako se sve ove male sfere međusobno koordiniraju?
PB: Ponašaju se kao roj. Oni se međusobno odnose koristeći vrlo jednostavna pravila, ali to stvara veliku fleksibilnost u njihovom kolektivnom ponašanju koja im omogućava da udovolje zahtjevima nepredvidivog i opasnog terena. Krajnji proizvod koji zamišljamo je flota ovih mališana koji se šalju na neko obećavajuće mjesto slijetanja, izlaze iz zemlje i potom se prebacuju na neko podzemlje ili drugi opasan teren, gdje se razmještaju kao mreža. Stvaraju staničnu komunikacijsku mrežu, na bazi čvor do čvora.
AM: Jesu li sposobni kontrolirati smjer u kojem skaču?
PB: Imamo nadu da će oni u konačnici biti vrlo sposobni. Dok prelazimo u fazu II, zajedno s Fritz Printzom u Stanfordu radimo na ultra-minijaturnim gorivnim ćelijama kako bismo napajali ove malene momke, što bi im omogućilo da rade prilično složen niz stvari. Jedna od tih sposobnosti je imati određenu kontrolu nad smjerom u kojem idu. Postoje određeni načini na koje se mogu graditi koji im omogućuju prednost da idu u jednom ili drugom smjeru. Nije baš toliko precizno kao što bi bilo da su oni rolnari na kotačima samo išli ravno. Ali oni se preferirano ne mogu više ili manje kretati u smjeru u kojem žele ići. Pa predviđamo da će oni imati barem grubu kontrolu nad smjerom. Ali puno njihove vrijednosti ima veze s njihovim gibanjem rojeva kao oblakom koji se širi.
Ma koliko čudesni MER-ovi roveri, za vrstu znanosti kojom se bavim, treba mi nešto više srodna ideji robota insekata koju je Rodney Brooks pokrenuo na MIT-u. Dugo me privlačilo sposobnost inteligencije i prilagođavanja istraživanju insekata. Dodajući to jedinstvenoj pokretljivosti koju pruža ideja skoka dr. Dubowskog, mislim da može omogućiti razumnom postotku tih malih jedinica da prežive opasnosti terena ispod površine - to mi se samo činilo kao čarobna kombinacija.
HB: Dakle, u prvoj fazi sam se išta od toga zapravo izgradilo?
PB: Ne. Faza I, s NIAC-om, je šestomjesečna studija naprezanja mozga, olovka koja gura olovku, kako bi se proširilo stanje tehnike relevantnih tehnologija. U fazi II, napravit ćemo ograničenu količinu prototipiranja i testiranja na terenu tijekom dvogodišnjeg razdoblja. To je puno manje od onoga što bi moglo trebati za stvarnu misiju. Ali, naravno, to je NIAC-ov mandat, da istraži tehnologiju od 10 do 40 godina. Mislimo da je to vjerojatno u rasponu od 10 do 20 godina.
AM: Kakve senzore ili znanstvenu opremu smatrate da možete staviti na te stvari?
PB: Zamišljanje je očito nešto što bismo željeli raditi. Kako kamere postaju nevjerojatno sitne i robusne, već postoje jedinice u rasponu veličina koje bi se mogle montirati na te stvari. Moguće je da se neke jedinice mogu opremiti povećanjem, pa bi se moglo pogledati teksture materijala na koji slijeću. Integriranje slika snimljenih sićušnim kamerama na puno različitih malih jedinica jedno je od područja budućeg razvoja. To je izvan okvira ovog projekta, ali to smo zamislili za snimanje. A onda, svakako kemijski senzori, koji mogu njuškati i osjetiti kemijsko okruženje, što je vrlo kritično. Sve, od sićušnih laserskih nosova do ionsko selektivnih elektroda za plinove.
Zamišljamo da oni nisu svi identični, već cjelina, s dovoljno različitih vrsta jedinica opremljenih različitim vrstama senzora, tako da je vjerojatnost i dalje velika, čak s obzirom na prilično velike gubitke broja jedinica, da i dalje bi imao kompletan paket senzora. Iako svaka pojedina jedinica ne može imati ogroman opterećenje senzora, mogla bi vam biti dovoljna da bi se ona mogla znatno preklapati sa svojim kolegama.
AM: Hoće li biti moguće napraviti biološka ispitivanja?
PB: Mislim da je. Osobito ako zamislite vremenski okvir koji gledamo, s napretcima koji dolaze na mreži sa svime, od kvantnih točkica do uređaja laboratorijskih na čipu. Naravno, poteškoća je dobivanje uzorka materijala za one. Ali kad imamo posla s malim jedinicama koje se bave zemljom, poput naših skočnih mikrobotova, možda ćete ih moći izravno smjestiti iznad materijala koji žele testirati. U kombinaciji s mikroskopijom i snimanjima šireg polja, mislim da postoji mogućnost da se izvrši ozbiljan biološki posao.
AM: Imate li ideju o tome kakve su prekretnice u nadi da ćete postići tijekom svog dvogodišnjeg projekta?
PB: Očekujemo da ćemo do ožujka možda imati sirove prototipove koji imaju odgovarajuću pokretljivost. Ali to je možda pretjerano ambiciozno. Nakon što imamo mobilne jedinice, naš plan je izvršiti terensko testiranje u pravim pećinama od lava cijevi na kojima se bavimo znanošću u Novom Meksiku.
Web-lokacija polja već je testirana. U sklopu prve faze izašla je grupa MIT i podučavala sam ih malo o pećinama i kakvom je terenu zapravo takav. Bio je to veliki otvor za oči. Jedna je stvar dizajnirati robote za dvorane MIT-a, ali druga je stvar dizajnirati ih za stjenovita okruženja u stvarnom svijetu. Bilo je to vrlo edukativno iskustvo za sve nas. Mislim da imaju prilično dobru ideju kakvi su uvjeti da se moraju zadovoljiti sa svojim dizajnom.
AM: Koji su to uvjeti?
PB: Izuzetno neravan teren, puno pukotina u koje bi se ovi momci mogli privremeno zaglaviti. Trebat će nam načini rada koji će im omogućiti da se istrijebe, barem uz razumnu šansu za uspjeh. Izazovi komunikacije putem vida na vrlo gruboj površini. Prelazak preko velikih gromada. Zaglavljivanje u malim pukotinama. Takve stvari.
Lava nije glatka. Unutrašnjost lava cijevi je intrinzično glatka nakon što se formiraju, ali postoji mnogo materijala koji se skuplja i pukne i propada. Dakle, postoje hrpe od ruševina koje se mogu previjati i mijenjati, i puno elevacijskih promjena. A to su stvari koje konvencionalni roboti nemaju mogućnost učiniti.
Izvorni izvor: NASA Astrobiology
