Površina Europe, jedne od Jupiterovih četiri mjeseca, čini nevjerojatnom neprijateljem. Ponajprije, umotan je u gustu ledenu koru, rastrganu u velike provalije Jupiterovim velikim gravitacijskim potezom. Zatim je tu izuzetno mala površinska gravitacija i čisti, sklizavi ledeni kanjoni. No, ispod svega tog leda misli se i da ima ocean tekućine koji bi mogao podržavati život - što ga čini glavnom metom za naše sljedeće dubinsko istraživanje Sunčevog sustava.
Povezani sadržaj
- Kad ljudi počnu kolonizirati druge planete, tko bi trebao biti glavni?
- Dokazi se povećavaju za ledene gejzere koji su izbili na Europi
- Možemo li spasiti Mars od sebe?
Pa kako će NASA prevladati taj izdajnički izazov? Svakako ne može poslati rover na kotačima poput Sojournera, koji je napravio jedan veliki skok za robotkind kad je prvi put prešao Mars 'Ares Valles 1996. Umjesto toga, NASA želi ukloniti te nekad revolucionarne kotače i zamisliti kako će nova generacija u narednih nekoliko desetljeća roboti će istraživati asteroide i frigidne vanjske svjetove Sunčevog sustava.
Unesite: LEMUR.
Trenutačno težak oko 75 kilograma, ovaj rover sljedeće generacije djelić je Marsove znatiželje, koja se prijavila na gotovo tonu. Sama njegova veličina proteže granice robotskih sposobnosti - ali ako se ikada uvede, morat će učiniti više od toga. Rover veličine pint morati će podnijeti divlje ekstremne temperature i magnetske uvjete; kretati se po bilo kojoj površini; i učinite to dovoljno dugo da prikupite značajne podatke s nekim od najlakših, najpametnijih svemirskih instrumenata ikad izgrađenih.
Je li do zadatka?
Tri generacije NASA-ovih rovova od Marsa od 1997. do 2012. godine, fotografirane unutar Mars Yard-a u laboratoriji za mlazni pogon u Pasadeni, Kalifornija: rezervni let za Sojourner (sprijeda), testni rover Mars Exploration Rover Project (lijevo) i testni rover Curiosity (desno), (NASA / JPL-Caltech) Doduše, robotski LEMUR - akronim za „robota s ekstrudiranom mehaničkom službom“ - nije tako sladak poput širokookih, pahuljastih vrsta populariziranih na Madagaskaru Dreamworks . Umjesto toga, robot je dobio ime po stvarnosti sisavaca. Prvobitno je zamišljen kao robot za popravak misija na mjesečevim naoružanjem, rover je redizajniran za istraživanje mikrogravitacije vertikalnih i obrnutih površina kanjona i špilja.
"[Lemurs] koriste i ruke i noge za pokretljivost i manipulaciju", objašnjava Aaron Parness, vođa grupe za ekstremno okruženje robotike u NASA-inoj laboratoriji za mlazni pogon (JPL). "Iako naš robot nema izrazite ruke i noge, sličan je majmunu ili lemuru jer može koristiti stopala za obavljanje poslova mnogo efikasnije nego što to mogu ljudi."
Kako bi se robot mogao kretati u još čudnijim okruženjima od onih na Marsu, Parnessova skupina stvorila je ono što bi se moglo nazvati "himerobot": robot koji koristi sposobnosti mnogih različitih zemaljskih životinja. LEMUR svojim dosezima udova i stopala nalik na vesla privlači pauka ili zvjezdane ribe, pomoću svojih dodataka kako bi se puzao i stezao ravnim površinama.
Četiri udova robota opremljena su izmjenjivim kružnim "nogama", koja se mogu zamijeniti u privitke s različitim funkcijama, u stilu noža švicarske vojske, kako bi se pomoglo u prelasku različitih površina. Stopala za penjanje imaju niz sitnih, oštrih čeličnih kuka, poznatih kao mikroskopi, kako bi čvrsto stezali grube površine stijena da jedna noga drži cijelu težinu robota. Za glatke površine, poput vanjskih trupa svemirskih stanica ili satelita, LEMUR se lijepi s ljepljivim stopalima nalik na gekone.
Nedavno su istraživači uzeli jednu od "LEMUR-ovih" ruku na Antarktiku kako bi testirali novi i potencijalno presudni dodatak: ledene bušilice nalik na vijak. Kad su Parness i njegov tim spremni testirati hardver, oni "traže najteža mjesta koja možemo pronaći", rekla je Parness. "Moramo uspostaviti pravu ravnotežu između pravog okruženja, ali isto tako ne biti tako udaljeni da je ludo skupo i nemoguće je dovesti tim tamo. Na samom rubu toga bio je Antarktik. "
Da bi to učinili, pozvali su Aarona Curtisa, geografa-vulkanologa-robotičara koji je proveo nekoliko ljeta na krajnjem južnom kontinentu puzeći oko ledenih tunela formiranih od strane brda Erebus, najjužnijeg aktivnog vulkana na Zemlji. S prosječnim ljetnim temperaturama koje padaju do -22 stupnja Fahrenheita, vulkan, ledene formacije koje stvara i njegovo stajaće jezero lava predstavljaju popriličnu okolnost uvjeta s kojima se nožni rover može susresti na ledenim mjesecima poput Europe ili Enceladusa.
Aaron Curtis putovao je na Antarktiku prošlog prosinca, gdje je testirao robote i instrumente dizajnirane za ledene svjetove poput Europe. (Nial Peters) Kao znanstveni suradnik u opservatoriju vulkana Mount Erebus za šest od posljednjih sedam godina, Curtis je nacrtao topografiju leda koji okružuje vulkan. Njegovi su posebni interesi bili ispod površine, u špiljama i tunelima koji su se topili u ledu plinovima koji su pobjegli od pukotina vulkana. Pronalaženje mjesta gdje su tuneli spojeni s vanjske strane ponekad je bilo jednostavno poput pronalaska uzvišenog „ledenog dimnjaka“, visokih metara visokih građevina formiranih odvodnim plinom. Drugi su slučajevi značili pronalazak ulaza u pećinu puštanjem motornih sanki u zatamnjenu rupu u zemlji.
Nakon što je proveo četiri godine mapirajući jednu špilju u 3-D radi promatranja njezinih promjena tijekom vremena, Curtis se neprestano našao u istim izazovima. Prvo, njegov tim nije uspio doći do određenih područja jer su bila previše otrovna za istraživanje ljudi. Drugo, bojali su se da njihova ljudska prisutnost može nenamjerno kontaminirati rijetki okoliš s unesenim mikrobima. Te dvije brige navele su ga da razmotri korisnost robotskih istraživača.
"Da smo imali robota koji bi mogao obilaziti led, istraživali bismo mikrobiozno osjetljive i špilje napunjene plinom", kaže Curtis. Njegovo vlastito šišanje ledenog bota dobro je odgovaralo za posao koji je već započeo u JPL, a kojem se pridružio kao robotik prošlog listopada.
Ispalo je da su mikrospori skloni samo drobljenje leda, umjesto da ih stisnu, budući da je pričvršćen tako da stisne bodlje na stijenu kako bi stekao kupnju. Tako je Curtis dizajnirao dodatak koji je pomoću sitnih bušilica iskopao ledenu površinu.
Izvorni dizajn se začepio ledom, kaže Curtis, pa se okrenuo nečemu što ljudi ljubitelji leda vjeruju svojim životima: ledene vijke koji nisu na polici. Šuplje su, omogućujući prolazak leda umjesto da se izgrade iza kraja bušenja, a također bi omogućile LEMUR-u da proizvodi i skuplja uzorke leda dok polako puta duž sebe.
Sljedeći testovi svjetskog leda vjerojatno će se održati na ledenjacima na planini Rainier u Washingtonu - s potpunim šasijom LEMUR, a ne samo prigušenom nožicom. Parness je rekao da mogućnost testiranja sposobnosti uzorkovanja također naglašava još jedan ključni cilj čitavog razvojnog procesa.
"Terenskim testiranjem uvijek pokušavamo postići dva cilja: demonstrirati tehnologije za buduću upotrebu, ali i smisliti znanost na tom mjestu", kaže on. Drugim riječima, ne samo da nam LEMUR testovi pomažu da konačno shvatimo kriovolkane na drugim tijelima; "Ovo ima koristi i na Zemlji", kaže Parness.
LEMUR dobiva vježbu u laboratoriju Aaron Parness u JPL-u tijekom nedavnog testiranja. (NASA / JPL-Caltech) Više od 35 godina Penelope Boston tražila je život mikroba i njegove pokazatelje u ekstremnim okruženjima, kao što je Cueva de Villa Luz natopljena sumpornom kiselinom u Tabascu u Meksiku. U svojoj bivšoj ulozi ravnatelja studija pećina i krša na Rudarsko-tehnološkom institutu New Mexico, gdje je proučavala procese starenja i erozije podzemnih špilja i vrtača, Boston je usmjerio Parness prema mjestima gdje su njegov tim i LEMUR mogli naučiti što tražiti, i kako to potražiti.
"Pomogao sam Aaronovom timu da shvati koje bi suptilne znakove mogle ukazivati na moguće mikrobne ili mineralne naslage koje bi LEMUR mogao pregledati", rekao je Boston, koji sada vodi NASA-in institut za astrobiologiju putem e-pošte.
Izbor mogućnosti je, dodala je, obrasci koje su u ili na stijenama ostavili biološki procesi, poput tekstura koje pokazuju da su mikroorganizmi na djelu pretvarajući podlogu ili ležišta minerala. Na Zemlji, takvi dokazi postoje na mjestima poput špilje Lechugilla u Novom Meksiku, gdje se smatra da su bakterije koje se hrane sumporom, željezom i manganom igrale ulogu u oblikovanju tamošnjih špilja i spektakularnih kamenih formacija.
Na tragove koje mikrobni život ostavljaju obično nisu toliko očite. Ali testiranjem raznih instrumenata kako na živim tako i na fosiliziranim ostacima mikroba, roboti poput LEMUR-a mogu posvijetliti kako su ti mikrobi živjeli, oblikovali svoje okruženje i umirali.
Dio izazova je osigurati da su alati dovoljno mali da budu mobilni. Pored testiranja hardvera, Parness i njegov tim rade sa sveučilišnim partnerima na razvoju minijaturiziranih instrumenata za daljinsko istraživanje i analizu. Ideja je da ih LEMUR može nositi na trbuhu ili poput ruksaka, preslikavajući špilju ili teren u 3D s lidarom, na plinsku kromatografiju, u potrazi za organskim i ugljikovim molekulama s malim blizu infracrvenim spektrometrom.
"[Aaron] Parnessova grupa istražuje mogućnosti davanja LEMUR-a prepoznavanjem uzoraka i strojnim učenjem kako bi joj pomogla da se vidi kao ljudsko biće", rekao je Boston. "Paleobiologija često može biti vrlo precizna i suptilna, a poboljšane vizualne i interpretacijske mogućnosti koje roboti mogu donijeti na stol potencijalno su neizmjerno snažni alati koji nam pomažu da bolje i bolje razumijemo paleobiologiju."
Aaron Curtis, postdoktorski stipendist JPL-a na vrhu Antarktike. Erebus, najjužniji aktivni vulkan na zemlji. (Dylan Taylor) Prema predloženom saveznom proračunu Bijele kuće, financiranje Asteroid preusmjeravajuće misije - programa u kojem se najvjerojatnije koristi LEMUR - bilo bi eliminirano. Ipak, Parness i njegov tim upućeni su da nastave s radom na LEMUR-u. Na kraju 2017. Parness će se uputiti natrag u područje Titovog kanjona doline smrti, gdje je već testirao LEMUR, zaustavljajući se cijevima lave u Novom Meksiku ljeti.
Tamo fosilizirane alge stare 500 milijuna godina predstavljaju analogiju potencijalnim drevnim ostacima negdje drugdje - ali inženjeri moraju osigurati da ih LEMUR može vidjeti. "Ako pokušavamo potražiti život na liticama Marsa ili drugim planetima, trebali bismo tražiti najstarije tragove života na Zemlji i tamo testirati svoje instrumente", kaže Parness. "Ako ne možemo otkriti život na vlastitoj planeti, što nam daje sigurnost da ćemo ga moći pronaći u starijem, oštrijem uzorku?"
