מיקרו-בוטים פלנטריים. אשראי תמונה: נאס"א לחץ להגדלה
ראיון עם פני בוסטון, חלק א
אם אתה רוצה לנסוע לכוכבים רחוקים, או למצוא חיים על עולם אחר, זה לוקח קצת תכנון. לכן NASA הקימה את NIAC, מכון נאס"א למושגים מתקדמים. במשך כמה שנים, נאס"א מעודדת מדענים ומהנדסים לחשוב מחוץ לקופסה, לבוא עם רעיונות בדיוק הצד הזה של מדע בדיוני. תקוותם היא שחלק מהרעיונות הללו יתפשטו ויספקו לסוכנות טכנולוגיות בהן היא יכולה להשתמש ב 20, 30 או 40 שנה בהמשך הדרך.
NIAC מספקת מימון על בסיס תחרותי. רק קומץ מעשרות ההצעות שהוגשו ממומנות. מימון שלב א 'הוא מינימלי, מספיק כדי שהחוקרים יוכלו לפרסם את הרעיון על הנייר. אם הרעיון מראה כישרון, הוא עשוי לקבל מימון שלב II, המאפשר למחקר להמשיך מהמושג הטהור לשלב האב-טיפוס הגס.
אחד הפרויקטים שקיבלו מימון שלב II מוקדם יותר השנה היה שיתוף פעולה בין ד"ר פנלופה בוסטון לד"ר סטיבן דובובסקי לפיתוח "מיקרו-בוטים מקפצים" המסוגלים לחקור שטח מסוכן, כולל מערות תת-קרקעיות. אם הפרוייקט מתחלף, ייתכן שיישלח יום אחד מיקרובוטים לחיפוש אחר חיים מתחת לפני השטח של מאדים.
בוסטון מבלה זמן רב במערות, ובוחנת את המיקרואורגניזמים החיים שם. היא מנהלת התוכנית ללימודי מערות וקרסט ופרופסור חבר ב ניו מקסיקו טק בסוקורו, ניו מקסיקו. דובובסקי הוא מנהל המעבדה לשדה ולרובוטיקה בחלל ב- MIT בקמברידג ', מסצ'וסטס. הוא ידוע בחלקו במחקריו על שרירים מלאכותיים.
מגזין Astrobiology ראיין את בוסטון זמן קצר לאחר שהיא ודובובסקי קיבלו את מענק ה- NIAC לשלב II. זה הראשון בראיון בן שני חלקים. מגזין אסטרוביולוגיה (AM): אתה וד"ר סטיבן דובובסקי קיבלת לאחרונה מימון מ- NIAC כדי לעבוד על הרעיון להשתמש ברובוטים זעירים כדי לחקור מערות מתחת לפני השטח במאדים? איך נוצר פרויקט זה?
פני בוסטון (PB): עבדנו די הרבה עבודה במערות על פני כדור הארץ תוך עין להביט בתושבי המיקרוביום בסביבות הייחודיות הללו. אנו חושבים שהם יכולים לשמש תבניות לחיפוש צורות חיים על מאדים וגופים אחרים מחוץ לארץ. פרסמתי מאמר ב -1992, עם כריס מקיי ומייקל איבנוב, והציעתי כי תת-הקרקע של מאדים תהיה המפלט האחרון של החיים בכוכב הלכת ככל שיהיה קר ויבש יותר לאורך הזמן הגאולוגי. זה התחבר לנו לעסוק במבט אל פני השטח בכדור הארץ. כשעשינו זאת, גילינו שיש מערך מדהים של אורגניזמים שהם כנראה ילידים מתחת לפני השטח. הם מקיימים אינטראקציה עם המינרלוגיה ומייצרים חתימות ביו ייחודיות. אז זה הפך לאזור פורה מאוד עבורנו ללמוד.
הכניסה למערות קשות אפילו בכוכב הלכת זה לא כל כך קל. תרגום זה למשימות רובוטיות מחוץ לארץ מצריך מחשבה מסוימת. יש לנו נתוני הדמיה טובים ממאדים המראים עדויות גיאומורפולוגיות ברורות למערות שפופרות לבה לפחות. אז אנו יודעים שלמאדים יש לפחות סוג אחד כזה של מערה שיכולה להיות יעד מדעי מועיל למשימות עתידיות. אפשר לחשוב שישנם גם סוגים אחרים של מערות ויש לנו עיתון בעיתון במאמר הגיאולוגי של אמריקה המיוחדת הקרוב ובוחן מנגנונים ייחודיים ליצירת מערות (ספלאוגני) במאדים. נקודת ההדבקה הגדולה היא איך להתמצא בשטח כה קפדני וקשה.
א.מ: האם אתה יכול לתאר את מה שעשית בשלב הראשון של הפרויקט?
PB: בשלב I, רצינו להתמקד ביחידות רובוטיות שהיו קטנות, רבות מאוד (מכאן שניתן למתן אותן), ברובם אוטונומיות, והייתה להם הניידות הדרושה בכדי להגיע לשטחים טרומיים. בהתבסס על עבודתו המתמשכת של ד"ר דובובסקי עם תנועה רובוטית מופעלת על ידי שרירים מלאכותיים, הגענו לרעיון של הרבה מאוד תחומים קטנים, זעירים, בערך בגודל כדורי טניס, שקופצים למעשה, כמעט כמו שעועית מקסיקנית קופצת. הם אוגרים אנרגיית שרירים, כביכול, ואז הם מצמצמים את עצמם לכיוונים שונים. ככה הם זזים.
קרדיט: הוענק על ידי R.D.Gus Frederick
הגדרה פלנטרית לחקר השטח הפלנטרי בקנה מידה גדול וחקירת פני השטח. לחץ על תמונה לתצוגה גדולה יותר.
קרדיט תמונה: הגשה מאת R.D.Gus Frederick
חישבנו שכנראה נוכל לארוז כאלף מהחבר'ה האלה למסת עומס בגודל של אחד ה- MERs הנוכחיים (Mars Exploration Rovers). זה ייתן לנו את הגמישות לסבול מאובדן של אחוז גדול מהיחידות ועדיין יש רשת שעשויה לבצע שיחזור וחישה, הדמיה, ואולי אפילו כמה פונקציות מדעיות אחרות.
א.מ .: איך כל התחומים הקטנים האלה מתואמים זה עם זה?
PB: הם מתנהגים כנחיל. הם מתייחסים זה לזה באמצעות כללים פשוטים מאוד, אך הם מייצרים גמישות רבה בהתנהגותם הקולקטיבית המאפשרת להם לעמוד בדרישות השטח הבלתי צפויות והמסוכנות. המוצר האולטימטיבי שאנו צופים הוא צי של החבר'ה הקטנים האלה שנשלחים לאיזה אתר נחיתה מבטיח, היציאה מהנחתת ואז עוברים דרכם לאיזה קרקע תת קרקעית או שטח מסוכן אחר, שם הם פורסים את עצמם כרשת. הם יוצרים רשת תקשורת סלולרית, על בסיס צומת לצומת.
א.מ.: האם הם מסוגלים לשלוט בכיוון בו הם מקפצים?
PB: יש לנו שאיפות שהם בסופו של דבר יהיו מסוגלים מאוד. כשאנחנו עוברים לשלב השני, אנו עובדים עם פריץ פרינץ בסטנפורד על תאי דלק אולטרה-מיניאטוריים בכדי לשלטון את החבר'ה הקטנים האלה, מה שיאפשר להם לבצע מגוון דברים מורכב למדי. אחת מהיכולות הללו היא לקבל שליטה מסוימת על הכיוון אליו הם הולכים. ישנן דרכים מסוימות שניתן לבנות בהן שיכולות לאפשר להם ללכת באופן עדיף לכיוון זה או אחר. זה לא ממש מדויק כמו אם היו סוחרי גלגלים רק הולכים בשביל ישר. אבל הם יכולים עדיף לא להתכופף פחות או יותר לכיוון אליו הם רוצים ללכת. אז אנו רואים שתהיה להם לפחות שליטה גסה על הכיוון. אבל הרבה מערכם קשור לתנועת הנחיל שלהם כענן מתרחב.
נפלאים כמו שוחרי MER, לסוג המדע שאני עושה, אני זקוק למשהו הדומה יותר לרעיון רובוט החרקים שבראשו רודני ברוקס ב- MIT. היכולת להתחבר למודל של אינטליגנציה של חרקים והתאמה לחקירה פנתה אותי מזמן. הוספה של זה לניידות הייחודית שמספק הרעיון המקפץ של ד"ר דובובסקי, אני חושב, יכולה לאפשר לאחוז סביר מהיחידות הקטנות הללו לשרוד את הסכנות בשטח התת-קרקעי - שזה נראה לי כמו שילוב קסום.
HB: אז בשלב הראשון, האם מישהו מאלה נבנה בפועל?
PB: לא. שלב I, עם NIAC, הוא מחקר מאומץ מוחי של שישה חודשים, דוחף עיפרון, כדי להרחיב את מצב הטכנולוגיות הרלוונטיות. בשלב II אנו הולכים לעשות כמות מוגבלת של טיפוס-טיפוס ובדיקת שדה, במשך תקופה של שנתיים. זה הרבה פחות ממה שאפשר להזדקק למשימה בפועל. אבל, כמובן, זהו המנדט של NIAC, לבחון את הטכנולוגיה של 10-40 שנה. אנו חושבים שזה כנראה בטווח 10-20 שנה.
א.מ: אילו סוגים של חיישנים או ציוד מדעי אתה מדמיין שאתה מסוגל לשים על הדברים האלה?
PB: הדמיה היא בבירור משהו שהיינו רוצים לעשות. ככל שמצלמות הופכות קטנטנות וחזקות להפליא, ישנן כבר יחידות בטווח הגודל שיכולות להיות מותקנות על הדברים האלה. יתכן שחלק מהיחידות יכולות להיות מצוידות עם יכולת הגדלה, כך שניתן יהיה להסתכל על המרקמים של החומרים עליהם הם נוחתים. שילוב תמונות שצולמו על ידי מצלמות זעירות על הרבה יחידות קטנות שונות הוא אחד התחומים להתפתחות עתידית. זה מעבר לתחום של פרויקט זה, אבל זה מה שאנחנו חושבים לצורך הדמיה. ואז, בוודאי חיישנים כימיים, היכולת לרחרח ולחוש את הסביבה הכימית, שהיא קריטית מאוד. הכל מאף לייזר זעירים ועד אלקטרודות סלקטיביות-יונים לגזים.
אנו רואים שכולם לא יהיו זהים, אלא הרכבה, עם מספיק סוגים שונים של יחידות מצוידות בסוגים שונים של חיישנים, כך שההסתברות עדיין תהיה גבוהה, אפילו בהינתן הפסדים גבוהים למדי של מספר יחידות, שאנחנו עדיין תהיה חבילה שלמה של חיישנים. למרות שלכל יחידה פרטנית לא יכול להיות עומס רב של חיישנים, אתה יכול להספיק בכדי שהיא תוכל לחפוף משמעותית עם חבריה האחרים.
א.מ.: האם ניתן יהיה לבצע בדיקות ביולוגיות?
PB: אני חושב שכן. במיוחד אם אתה מדמיין את מסגרת הזמן בה אנו מסתכלים, עם ההתקדמות שעולה ברשת עם כל דבר, החל מנקודות קוונטיות וכלה במעבדות על גבי שבב. כמובן שהקושי הוא להשיג חומר לדוגמא לאלה. אבל כשאנחנו מתמודדים עם יחידות מגע קטנות עם קרקע כמו מיקרו-בוטים המקפצים שלנו, ייתכן שתוכל למקם ישירות על פני החומר שהם רוצים לבדוק. בשילוב עם מיקרוסקופיה ודימויים רחבים יותר, אני חושב שהיכולת לעשות עבודה ביולוגית רצינית.
א.מ.: האם יש לך מושג מהם אבני הדרך שאתה מקווה להשיג במהלך הפרויקט שלך לשנתיים?
PB: אנו צופים שעד מרץ אנו עשויים להיות בעלי אבות טיפוס גולמיים שיש להם הניידות הרלוונטית. אבל זה אולי שאפתני מדי. ברגע שיש לנו יחידות ניידות, התוכנית שלנו היא לבצע בדיקות שדה במערות שפופרות לבה אמיתיות עליהן אנו עושים מדע בניו מקסיקו.
אתר השדה כבר נבדק. כחלק משלב I קבוצת MIT יצאה ולימדתי אותם קצת על חלל ואיך השטח בעצם נראה. זה היה פותח עיניים גדול עבורם. זה דבר אחד לעצב רובוטים לאולמות ה- MIT, אבל זה דבר אחר לעצב אותם לסביבות סלעיות בעולם האמיתי. זו הייתה חוויה מאוד חינוכית לכולנו. אני חושב שיש להם רעיון די טוב מהם התנאים שהם צריכים לעמוד בעיצוב שלהם.
א.מ: מהם התנאים האלה?
PB: שטח לא אחיד במיוחד, המון נקיקים שהחבר'ה האלה יכולים להיתקע באופן זמני. אז נצטרך מצבי פעולה שיאפשרו להם לחלץ את עצמם, לפחות עם סיכוי סביר להצלחה. האתגרים של קו-ראייה בתקשורת במשטח מחוספס ביותר. מתגברים על סלעים גדולים. נתקע בסדקים קטנים. דברים מהסוג הזה.
לבה לא חלקה. החלק הפנימי של צינורות הלבה הוא חלק מהותי לאחר היווצרותם, אך יש הרבה חומר שמתכווץ ונשבר ונופל מטה. אז יש ערמות הריסות להתקרב שוב ושוב, והרבה שינוי גובה. ואלה דברים שרובוטים קונבנציונליים אינם מסוגלים לעשות.
המקור המקורי: אסטרוביולוגיה של נאס"א
