MicroBots الكواكب. حقوق الصورة: ناسا اضغط 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 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. أملهم هو 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. تم تمويل حفنة فقط من عشرات المقترحات المقدمة. تمويل المرحلة الأولى هو الحد الأدنى ، يكفي فقط للباحثين لاستنباط فكرتهم على الورق. إذا أظهرت الفكرة الجدارة ، فقد تحصل بعد ذلك على تمويل المرحلة 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 د. بينيلوب بوسطن والدكتور ستيفين دوبوفسكي لتطوير "ميكروبات التنقل" القادرة على استكشاف التضاريس الخطرة ، بما في ذلك الكهوف تحت الأرض. إذا انتهى المشروع ، فقد يتم إرسال الميكروبات المتنقّلة يومًا ما للبحث عن الحياة تحت سطح المريخ.
تقضي بوسطن الكثير من الوقت في الكهوف ، تدرس الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش هناك. وهي مديرة برنامج دراسات الكهوف والكارست وأستاذ مشارك في نيو مكسيكو تيك في سوكورو ، نيو مكسيكو. دوبوسكي هو مدير مختبر MIT الميداني ومختبر الروبوتات الفضائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، في كامبريدج ، ماساتشوستس. وهو معروف جزئيًا بأبحاثه في العضلات الاصطناعية.
أجرت مجلة علم الأحياء الفلكي مقابلة مع بوسطن بعد فترة وجيزة من تلقيها هي ودوبوسكي منحة المرحلة الثانية من NIAC. هذا هو الأول من مقابلة الجزء الثاني. مجلة علم الأحياء الفلكي (AM): تلقيت أنت والدكتور ستيفن دوبوفسكي مؤخرًا تمويلًا من NIAC للعمل على فكرة استخدام الروبوتات المصغرة لاستكشاف الكهوف تحت السطحية على كوكب المريخ؟ كيف هذا المشروع؟
بيني بوسطن (PB): لقد قمنا بالكثير من العمل في الكهوف على الأرض مع النظر إلى سكان الميكروبات في هذه البيئات الفريدة. نعتقد أنها يمكن أن تكون بمثابة قوالب للبحث عن أشكال الحياة على كوكب المريخ والأجسام الأخرى خارج الأرض. لقد نشرت بحثًا في عام 1992 ، مع كريس ماكاي ومايكل إيفانوف ، مما يشير إلى أن سطح المريخ سيكون الملاذ الأخير للحياة على هذا الكوكب حيث أصبح أكثر برودة وجفافًا على مدار الوقت الجيولوجي. وقد دفعنا ذلك إلى النظر في باطن الأرض. عندما فعلنا ذلك ، اكتشفنا أن هناك مجموعة مذهلة من الكائنات الحية التي تبدو أصلية على السطح. تتفاعل مع علم المعادن وتنتج بصمات حيوية فريدة. لذلك أصبحت منطقة خصبة للغاية بالنسبة لنا للدراسة.
الدخول في كهوف صعبة حتى على هذا الكوكب ليس بهذه السهولة. تتطلب ترجمة ذلك إلى المهمات الآلية خارج الأرض بعض التفكير. لدينا بيانات تصوير جيدة من كوكب المريخ تُظهر دليلاً جيومورفولوجيًا مميزًا لكهوف أنبوب الحمم البركانية على الأقل. لذلك نحن نعلم أن المريخ يحتوي على الأقل على 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 في الصحافة في ورقة خاصة قادمة للجمعية الجيولوجية الأمريكية تستكشف آليات تشكيل الكهوف (speleogenetic) الفريدة على كوكب المريخ. النقطة الشائكة الكبيرة هي كيفية التنقل في مثل هذه التضاريس الصارمة والصعبة.
ص: هل يمكنك وصف ما فعلته في المرحلة الأولى من المشروع؟
ملحوظة: في المرحلة الأولى ، أردنا التركيز على الوحدات الروبوتية الصغيرة والكبيرة جدًا (وبالتالي القابلة للاستهلاك) والتي تتمتع بالاستقلالية إلى حد كبير ، والتي كانت تتمتع بالحركة اللازمة للوصول إلى التضاريس الوعرة. استنادًا إلى عمل الدكتور دوبوفسكي المستمر مع الحركة الروبوتية التي تنشط العضلات الاصطناعية ، توصلنا إلى فكرة العديد من المجالات الصغيرة جدًا ، حول حجم كرات التنس ، التي تقفز بشكل أساسي ، مثل حبوب القفز المكسيكية تقريبًا. إنهم يخزنون طاقة العضلات ، إذا جاز التعبير ، ومن ثم يبتعدون في اتجاهات مختلفة. هكذا يتحركون.
الائتمان: تقديم بواسطة RD جوس فريدريك
إعداد الكواكب لاستكشاف سطح كوكب واسع النطاق وتحت سطح الأرض. اضغط على الصورة لعرض أكبر.
حقوق الصورة: تقديم بواسطة RD جوس فريدريك
لقد حسبنا أنه من المحتمل أن نجمع حوالي ألف من هؤلاء الأشخاص في كتلة حمولة بحجم واحد من MERs الحالية (Mars Exploration Rover). وهذا من شأنه أن يمنحنا المرونة لنعاني من فقدان نسبة كبيرة من الوحدات ولا يزال لدينا شبكة يمكنها القيام بالاستعادة والاستشعار والتصوير ، وربما حتى بعض الوظائف العلمية الأخرى.
ص: كيف تنسق كل هذه المجالات الصغيرة مع بعضها البعض؟
جواب: إنهم يتصرفون كسرب. إنهم يتعاملون مع بعضهم البعض باستخدام قواعد بسيطة للغاية ، ولكن ذلك ينتج قدرًا كبيرًا من المرونة في سلوكهم الجماعي الذي يمكنهم من تلبية متطلبات التضاريس والخطورة التي لا يمكن التنبؤ بها. المنتج النهائي الذي نتخيله هو أسطول من هؤلاء الأشخاص الصغار يتم إرسالهم إلى بعض مواقع الهبوط الواعدة ، ويخرجون من المركبة الأرضية ثم يشقون طريقهم إلى بعض التضاريس تحت سطح الأرض أو التضاريس الخطرة الأخرى ، حيث ينشرون أنفسهم كشبكة. ينشئون شبكة اتصالات خلوية ، على أساس عقدة إلى عقدة.
ص.م: هل هم قادرون على التحكم في الاتجاه الذي يأملون فيه؟
ملحوظة: لدينا تطلعات لهم في نهاية المطاف لتكون قادرة للغاية. بينما ننتقل إلى المرحلة الثانية ، نحن نعمل مع فريتز برنتز في ستانفورد على خلايا وقود صغيرة للغاية لتشغيل هؤلاء الأشخاص الصغار ، مما سيمكنهم من القيام بمجموعة معقدة من الأشياء. إحدى هذه القدرات هي أن يكون لها بعض السيطرة على الاتجاه الذي تسير فيه. هناك طرق معينة يمكن بناؤها تسمح لهم بالسير بشكل تفضيلي في اتجاه أو آخر. إنها ليست دقيقة تمامًا كما لو كانت سيارات متجولة ذات عجلات تسير على مسار مستقيم. ولكن يمكن أن يفضلوا أنفسهم بشكل أو بآخر في الاتجاه الذي يرغبون في الذهاب إليه. لذلك نتصور أنه سيكون لديهم على الأقل سيطرة بدائية على الاتجاه. لكن الكثير من قيمتها تتعلق بحركة السرب كغيمة متوسعة.
رائعة مثل روفر MER ، بالنسبة لنوع العلم الذي أقوم به ، أحتاج إلى شيء أقرب إلى فكرة روبوت الحشرات الذي ابتكره رودني بروكس في MIT. لطالما جذبتني القدرة على الاستفادة من نموذج ذكاء الحشرات والتكيف مع الاستكشاف. إضافة إلى ذلك التنقل الفريد الذي قدمته فكرة التنقل للدكتور دوبوفسكي ، أعتقد ، يمكن أن تمكن نسبة معقولة من هذه الوحدات الصغيرة من النجاة من مخاطر التضاريس تحت سطح الأرض - التي بدت وكأنها مزيج سحري بالنسبة لي.
HB: إذن في المرحلة الأولى ، هل تم بناء أي منها بالفعل؟
PB: لا ، المرحلة الأولى ، مع NIAC ، هي دراسة تستغرق ستة أشهر تجهد الدماغ وتدفع بالقلم الرصاص ، لتوسيع نطاق أحدث التقنيات ذات الصلة. في المرحلة الثانية ، سنقوم بكمية محدودة من النماذج الأولية والاختبارات الميدانية ، 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 سنة.
AM: ما أنواع أجهزة الاستشعار أو المعدات العلمية التي تتخيل أنك قادر على وضعها على هذه الأشياء؟
ملاحظة: من الواضح أن التصوير شيء نود القيام به. نظرًا لأن الكاميرات تصبح صغيرة وقوية بشكل لا يصدق ، هناك بالفعل وحدات في نطاق الحجم يمكن تركيبها على هذه الأشياء. من المحتمل أن تكون بعض الوحدات مزودة بقدرة تكبير ، لذلك يمكن للمرء أن ينظر إلى مواد المواد التي تهبط عليها. يعد دمج الصور التي تم التقاطها بواسطة الكاميرات الصغيرة في الكثير من الوحدات الصغيرة المختلفة أحد مجالات التطوير المستقبلي. هذا يتجاوز نطاق هذا المشروع ، ولكن هذا ما نفكر فيه للتصوير. ومن ثم ، بالتأكيد أجهزة استشعار كيميائية ، قادرة على شم واستشعار البيئة الكيميائية ، وهو أمر بالغ الأهمية. كل شيء من أنوف الليزر الصغيرة إلى أقطاب انتقائية للغازات.
نحن نتصور أن لا تكون جميعها متطابقة ، بل مجموعة ، مع ما يكفي من الأنواع المختلفة من الوحدات المجهزة بأنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار حتى يبقى الاحتمال مرتفعًا ، حتى في ضوء الخسائر المرتفعة إلى حد ما في عدد الوحدات ، سيظل لديها مجموعة كاملة من أجهزة الاستشعار. على الرغم من أن كل وحدة فردية لا يمكن أن تحتوي على حمولة عملاقة من أجهزة الاستشعار ، يمكن أن يكون لديك ما يكفي بحيث يمكن أن تعطي تداخلًا كبيرًا مع الوحدات الأخرى.
ص.م: هل سيكون من الممكن إجراء اختبارات بيولوجية؟
PB: أعتقد ذلك. خاصة إذا كنت تتخيل الإطار الزمني الذي ننظر إليه ، مع التطورات التي تأتي عبر الإنترنت مع كل شيء من النقاط الكمومية إلى الأجهزة المخبرية على الرقاقة. وبطبيعة الحال ، فإن الصعوبة تكمن في إيصال مواد العينة إلى هؤلاء. ولكن عندما نتعامل مع وحدات اتصال أرضية صغيرة مثل الميكروبات المتنقلة ، فقد تتمكن من وضعها مباشرة فوق المواد التي ترغب في اختبارها. وبالاقتران مع الفحص المجهري وصور المجال الأوسع ، أعتقد أن القدرة موجودة للقيام ببعض الأعمال البيولوجية الجادة.
ص: هل لديك فكرة عن المعالم التي تأمل في تحقيقها خلال مشروعك الذي يمتد لعامين؟
PB: نتوقع أنه بحلول شهر مارس ، قد تكون لدينا نماذج أولية خام لديها القدرة على التنقل ذات الصلة. لكن هذا قد يكون طموحًا بشكل مفرط. بمجرد أن يكون لدينا وحدات متنقلة ، فإن خطتنا هي إجراء اختبار ميداني في كهوف أنبوب الحمم الحقيقية التي نقوم بعمل العلوم 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. كان ذلك بمثابة افتتاحية كبيرة لهم. إن تصميم الروبوتات لقاعات معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هو شيء ، ولكن تصميمها لبيئات صخرية في العالم الحقيقي شيء آخر. لقد كانت تجربة تعليمية للغاية بالنسبة لنا جميعا. أعتقد أن لديهم فكرة جيدة جدًا عن الشروط التي يجب عليهم الوفاء بها بتصميمهم.
صباحاً: ما هي تلك الشروط؟
ملحوظة: التضاريس غير المستوية للغاية ، الكثير من الشقوق التي يمكن أن يتعرض لها هؤلاء الأشخاص مؤقتًا. لذلك سنحتاج إلى طرق تشغيل تسمح لهم بتخلص أنفسهم ، على الأقل مع فرصة معقولة للنجاح. تحديات اتصالات خط البصر في سطح شديد التعقيد. الحصول على الصخور الكبيرة. الوقوع في الشقوق الصغيرة. أشياء من هذا النوع.
الحمم ليست سلسة. الجزء الداخلي من أنابيب الحمم البركانية سلس تمامًا بعد تكوينه ، ولكن هناك الكثير من المواد التي تتقلص وتتشقق وتسقط. لذلك هناك أكوام من الركام للتجول فيها مرارًا وتغييرًا كبيرًا. وهذه أشياء لا تملك الروبوتات التقليدية القدرة على القيام بها.
المصدر الأصلي: علم الأحياء الفلكي التابع لناسا
