MicroBots الكوكبية. ائتمان الصورة: ناسا انقر للتكبير
مقابلة مع بيني بوسطن ، الجزء الأول
إذا كنت ترغب في السفر إلى النجوم البعيدة ، أو العثور على الحياة في عالم آخر ، فإن الأمر يتطلب القليل من التخطيط. لهذا السبب أنشأت وكالة ناسا NIAC ، معهد ناسا للمفاهيم المتقدمة. على مدى السنوات العديدة الماضية ، كانت ناسا تشجع العلماء والمهندسين على التفكير خارج الصندوق ، للتوصل إلى أفكار فقط في هذا الجانب من الخيال العلمي. يأملون أن تنجح بعض هذه الأفكار وتزود الوكالة بالتقنيات التي يمكنها استخدامها 20 أو 30 أو 40 عامًا على الطريق.
يوفر NIAC التمويل على أساس تنافسي. لم يتم تمويل سوى عدد قليل من عشرات المقترحات المقدمة. تمويل المرحلة الأولى ضئيل ، يكفي فقط للباحثين لتوضيح فكرتهم على الورق. إذا أظهرت الفكرة ميزة ، فقد تحصل بعد ذلك على تمويل للمرحلة الثانية ، مما يسمح للبحث بالاستمرار من المفهوم الخالص إلى مرحلة النموذج الأولي.
كان أحد المشاريع التي تلقت تمويلًا للمرحلة الثانية في وقت سابق من هذا العام هو التعاون بين الدكتور بينيلوب بوسطن والدكتور ستيفن دوبوسكي لتطوير 'روبوتات قفز' قادرة على استكشاف التضاريس الخطرة ، بما في ذلك الكهوف الجوفية. إذا انتهى المشروع ، فقد يتم إرسال ميكروبات قافزة يومًا ما للبحث عن الحياة تحت سطح المريخ.
تقضي بوسطن الكثير من الوقت في الكهوف ، وتدرس الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش هناك. هي مديرة برنامج دراسات الكهف والكارست وأستاذة مشاركة في New Mexico Tech في سوكورو ، نيو مكسيكو. دوبوسكي هو مدير مختبر MIT Field and Space Robotics في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، في كامبريدج ، ماساتشوستس. وهو معروف جزئيًا بأبحاثه في العضلات الاصطناعية.
أجرت مجلة Astrobiology مقابلة مع بوسطن بعد فترة وجيزة من حصولها هي و Dubowsky على منحة المرحلة الثانية من NIAC. هذا هو الأول من مقابلة الجزء الثاني. مجلة علم الأحياء الفلكي (AM): تلقيت أنت والدكتور ستيفن دوبوسكي مؤخرًا تمويلًا من NIAC للعمل على فكرة استخدام الروبوتات المصغرة لاستكشاف الكهوف الموجودة تحت سطح المريخ؟ كيف هذا المشروع؟
بيني بوسطن (PB): لقد قمنا بالكثير من العمل في الكهوف على الأرض مع التركيز على الكائنات الميكروبية في هذه البيئات الفريدة. نعتقد أنها يمكن أن تكون بمثابة قوالب للبحث عن أشكال الحياة على المريخ والأجسام الأخرى خارج كوكب الأرض. نشرت بحثًا في عام 1992 ، مع كريس مكاي ومايكل إيفانوف ، يقترحون فيه أن باطن سطح المريخ سيكون الملاذ الأخير للحياة على هذا الكوكب حيث أصبح أكثر برودة وجفافًا بمرور الوقت الجيولوجي. هذا جعلنا ندخل في أعمال البحث في باطن الأرض على الأرض. عندما فعلنا ذلك ، اكتشفنا أن هناك مجموعة مذهلة من الكائنات الحية التي يبدو أنها أصلية في باطن الأرض. يتفاعلون مع علم المعادن وينتجون بصمات حيوية فريدة. لذلك أصبحت منطقة خصبة للغاية بالنسبة لنا للدراسة.
الدخول إلى الكهوف الصعبة حتى على هذا الكوكب ليس بهذه السهولة. تتطلب ترجمة ذلك إلى مهام روبوتية خارج كوكب الأرض بعض التفكير. لدينا بيانات تصوير جيدة من المريخ تظهر أدلة جيومورفولوجية مميزة على الأقل لكهوف الحمم البركانية. لذلك نحن نعلم أن المريخ لديه على الأقل نوع واحد من الكهوف يمكن أن يكون هدفًا علميًا مفيدًا للبعثات المستقبلية. من المعقول أن نعتقد أن هناك أيضًا أنواعًا أخرى من الكهوف ولدينا ورقة قيد النشر في الورقة الخاصة القادمة للجمعية الجيولوجية الأمريكية لاستكشاف آليات تكوين الكهوف (speleogenetic) الفريدة على المريخ. النقطة الشائكة الكبيرة هي كيفية الالتفاف في مثل هذه التضاريس القاسية والصعبة.
صباحا: هل يمكنك وصف ما فعلته في المرحلة الأولى من المشروع؟
PB: في المرحلة الأولى ، أردنا التركيز على الوحدات الآلية التي كانت صغيرة ، ومتعددة جدًا (وبالتالي قابلة للاستهلاك) ، ومستقلة إلى حد كبير ، والتي تتمتع بالحركية اللازمة للوصول إلى التضاريس الوعرة. استنادًا إلى عمل الدكتور دوبوسكي المستمر مع الحركة الروبوتية التي تنشط بالعضلات الاصطناعية ، توصلنا إلى فكرة العديد من الكرات الصغيرة جدًا ، حول حجم كرات التنس ، والتي تقفز بشكل أساسي ، تقريبًا مثل حبوب القفز المكسيكية. إنهم يخزنون طاقة عضلية ، إذا جاز التعبير ، ثم ينفصلون عن أنفسهم في اتجاهات مختلفة. هذه هي الطريقة التي يتحركون بها.
الائتمان: تقديم بواسطة R.D.Gus Frederick
إعداد الكواكب لاستكشاف سطح الكواكب وتحت السطحية على نطاق واسع. اضغط على الصورة لعرض أكبر.
حقوق الصورة: تقديم بواسطة R.D.Gus Frederick
لقد حسبنا أنه من المحتمل أن نحزم حوالي ألف من هؤلاء الشبان في كتلة حمولة بحجم واحدة من MERs الحالية (Mars Exploration Rovers). من شأن ذلك أن يمنحنا المرونة في المعاناة من فقدان نسبة كبيرة من الوحدات وما زالت لدينا شبكة يمكنها القيام بعمليات إعادة الاستشعار والاستشعار والتصوير وربما حتى بعض الوظائف العلمية الأخرى.
صباحا: كيف تنسق كل هذه المجالات الصغيرة مع بعضها البعض؟
PB: إنهم يتصرفون كسرب. إنهم يرتبطون ببعضهم البعض باستخدام قواعد بسيطة للغاية ، ولكن هذا ينتج قدرًا كبيرًا من المرونة في سلوكهم الجماعي الذي يمكنهم من تلبية متطلبات التضاريس الخطرة التي لا يمكن التنبؤ بها. المنتج النهائي الذي نتخيله هو إرسال أسطول من هؤلاء الصغار إلى بعض مواقع الهبوط الواعدة ، والخروج من المسبار ثم شق طريقهم إلى بعض المناطق تحت السطحية أو غيرها من التضاريس الخطرة ، حيث ينشرون أنفسهم كشبكة. يقومون بإنشاء شبكة اتصالات خلوية ، على أساس عقدة إلى عقدة.
صباحا: هل هم قادرون على التحكم في الاتجاه الذي يقفزون فيه؟
PB: لدينا تطلعات لأن يكونوا في نهاية المطاف قادرين جدًا. بينما ننتقل إلى المرحلة الثانية ، نعمل مع فريتز برينتز في ستانفورد على خلايا وقود فائقة الصغر لتشغيل هؤلاء الصغار ، مما سيمكنهم من القيام بمجموعة معقدة إلى حد ما من الأشياء. تتمثل إحدى هذه القدرات في أن يكون لديك بعض السيطرة على الاتجاه الذي تسير فيه. هناك طرق معينة يمكن بناؤها والتي يمكن أن تسمح لهم بالذهاب بشكل تفضيلي في اتجاه أو آخر. إنها ليست دقيقة تمامًا كما لو كانت عربات جوالة بعجلات تسير في مسار مستقيم. لكن يمكنهم بشكل تفضيلي أن يروقوا لأنفسهم بشكل أو بآخر في الاتجاه الذي يرغبون في الذهاب إليه. لذلك نحن نتصور أنه سيكون لديهم على الأقل سيطرة فجة على الاتجاه. لكن الكثير من قيمتها لها علاقة بحركة سربها كسحابة متوسعة.
على الرغم من روعة مركبات MER الجوالة ، بالنسبة لنوع العلم الذي أمارسه ، فأنا بحاجة إلى شيء أقرب إلى فكرة الروبوتات الحشرية التي ابتكرها رودني بروكس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. إن القدرة على الاستفادة من نموذج ذكاء الحشرات والتكيف مع الاستكشاف قد أعجبني منذ فترة طويلة. إضافة ذلك إلى التنقل الفريد الذي توفره فكرة التنقل للدكتور دوبوسكي ، على ما أعتقد ، يمكن أن تمكن نسبة معقولة من هذه الوحدات الصغيرة من النجاة من مخاطر التضاريس تحت السطحية - التي بدت وكأنها مزيج سحري بالنسبة لي.
إيتش بي: إذن في المرحلة الأولى ، هل تم بالفعل بناء أي منها؟
PB: لا. المرحلة الأولى ، مع NIAC ، هي دراسة إجهاد الدماغ ودراسة الدفع بالقلم الرصاص لمدة ستة أشهر ، لتوسيع نطاق أحدث التقنيات ذات الصلة. في المرحلة الثانية ، سنفعل قدرًا محدودًا من النماذج الأولية والاختبار الميداني ، على مدار عامين. هذا أقل بكثير مما قد يحتاجه المرء لمهمة فعلية. ولكن ، بالطبع ، هذا هو تفويض NIAC ، لفحص التكنولوجيا من 10 إلى 40 عامًا. نعتقد أن هذا ربما يكون في نطاق 10 إلى 20 عامًا.
صباحا: ما أنواع أجهزة الاستشعار أو المعدات العلمية التي تتخيل أنها قادرة على ارتداء هذه الأشياء؟
PB: من الواضح أن التصوير شيء نود القيام به. نظرًا لأن الكاميرات أصبحت صغيرة جدًا وقوية بشكل لا يصدق ، فهناك بالفعل وحدات في نطاق الحجم يمكن تركيبها على هذه الأشياء. من المحتمل أن تكون بعض الوحدات مزودة بقدرة تكبير ، بحيث يمكن للمرء أن ينظر إلى قوام المواد التي يتم الهبوط عليها. يعد دمج الصور التي التقطتها الكاميرات الصغيرة في الكثير من الوحدات الصغيرة المختلفة أحد مجالات التطوير المستقبلي. هذا خارج عن نطاق هذا المشروع ، ولكن هذا ما نفكر فيه للتصوير. وبعد ذلك ، بالتأكيد أجهزة الاستشعار الكيميائية ، قادرة على شم واستشعار البيئة الكيميائية ، وهو أمر بالغ الأهمية. كل شيء من أنوف الليزر الصغيرة إلى أقطاب الغازات الأيونية الانتقائية.
نحن نتصور عدم وجودهم جميعًا متطابقين ، بل مجموعة ، مع ما يكفي من الأنواع المختلفة من الوحدات المزودة بأنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار بحيث يظل الاحتمال مرتفعًا ، حتى مع وجود خسائر كبيرة إلى حد ما في عدد الوحدات ، ستظل تمتلك مجموعة كاملة من أجهزة الاستشعار. على الرغم من أن كل وحدة فردية لا يمكن أن تحتوي على حمولة عملاقة من أجهزة الاستشعار عليها ، إلا أنه يمكن أن يكون لديك ما يكفي بحيث يمكن أن تتداخل بشكل كبير مع الوحدات الأخرى.
صباحا: هل سيكون من الممكن القيام باختبار بيولوجي؟
PB: أعتقد ذلك. خاصة إذا كنت تتخيل الإطار الزمني الذي نتطلع إليه ، مع التطورات التي تأتي عبر الإنترنت مع كل شيء من النقاط الكمومية إلى أجهزة المختبر على الرقاقة. بالطبع ، تكمن الصعوبة في الحصول على عينة من المواد لهؤلاء. ولكن عندما نتعامل مع وحدات صغيرة للاتصال بالأرض مثل الروبوتات الدقيقة الخاصة بنا ، فقد تتمكن من وضعها مباشرة فوق المواد التي يرغبون في اختبارها. بالاقتران مع التصوير المجهري وصور المجال الأوسع ، أعتقد أن القدرة موجودة للقيام ببعض الأعمال البيولوجية الجادة.
صباحا: هل لديك فكرة عن المعالم التي تأمل في تحقيقها خلال مشروعك الذي يستغرق عامين؟
PB: نتوقع أنه بحلول شهر آذار (مارس) ، قد يكون لدينا نماذج أولية بدائية تتمتع بإمكانية التنقل ذات الصلة. لكن هذا قد يكون مفرط في الطموح. بمجرد أن يكون لدينا وحدات متنقلة ، فإن خطتنا هي إجراء اختبار ميداني في كهوف حقيقية بأنابيب الحمم البركانية التي نقوم بالعلوم عليها في نيو مكسيكو.
تم اختبار الموقع الميداني بالفعل. كجزء من المرحلة الأولى ، خرجت مجموعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وعلمتهم قليلاً عن الكهوف وكيف كانت التضاريس في الواقع. لقد كان بمثابة فتحت أعين كبيرة بالنسبة لهم. تصميم الروبوتات لقاعات معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا شيء ، لكن تصميمها لبيئات صخرية في العالم الحقيقي شيء آخر. لقد كانت تجربة تعليمية للغاية بالنسبة لنا جميعًا. أعتقد أن لديهم فكرة جيدة عن الظروف التي يتعين عليهم مواكبة تصميمهم بها.
صباحا: ما هي تلك الشروط؟
PB: التضاريس غير المستوية للغاية ، والكثير من الشقوق التي يمكن أن يصطدم بها هؤلاء الأشخاص مؤقتًا. لذلك سنحتاج إلى طرق تشغيل تسمح لهم بالتخلص من أنفسهم ، على الأقل مع وجود فرصة معقولة للنجاح. تحديات الاتصال عبر خط البصر في سطح خشن للغاية. الحصول على الصخور الكبيرة. الوقوع في شقوق صغيرة. أشياء من هذا النوع.
الحمم ليست سلسة. يتسم الجزء الداخلي لأنابيب الحمم بسلاسة جوهرية بعد تشكلها ، ولكن هناك الكثير من المواد التي تنكمش وتتشقق وتسقط. لذلك هناك أكوام من الأنقاض للالتفاف حولها ، والكثير من التغيير في الارتفاع. وهذه هي الأشياء التي لا تملك الروبوتات التقليدية القدرة على القيام بها.
المصدر الأصلي: ناسا علم الأحياء الفلكي