Povrch Evropy, jednoho ze čtyř měsíců Jupitera, vytváří hrozného nepřítele. Zaprvé je to zabalené v husté kůži ledu, roztrhané do velkých propastí Jupiterovým masivním gravitačním tahem. Pak je tu extrémně nízká povrchová gravitace a čiré, kluzké ledové kaňony. Ale pod vším tím ledem je Evropa také považována za oceán kapaliny, který by mohl podporovat život - což z něj činí hlavní cíl pro náš další hloubkový průzkum sluneční soustavy.
Související obsah
- Když lidé začnou kolonizovat jiné planety, kdo by měl být na starosti?
- Evidence se hromadí pro Icy Geysers Erupting on Europa
- Můžeme zachránit Mars od sebe?
Jak tedy NASA překoná tuto zrádnou výzvu? Určitě nemůže poslat kolový rover jako Sojourner, který udělal obrovský skok pro robotiku, když poprvé překročil Mars 'Ares Valles v roce 1996. Místo toho NASA hledá, jak se zbavit těch kdysi revolučních kol a znovu si představit, jak příští generace robotů prozkoumá asteroidy a chladné vnější světy sluneční soustavy v příštích několika desetiletích.
Zadejte: LEMUR.
V současné době vážící asi 75 liber je tento rover nové generace zlomkem velikosti zvědavosti na Marsu, který se kontroluje téměř za tunu. Jeho velikost sama o sobě překračuje hranice robotických schopností - ale pokud bude někdy nasazena, bude muset udělat víc než to. Vyrovnávací kolečko o velikosti pinty bude muset odolat divoce extrémním teplotám a magnetickým podmínkám; navigovat jakoukoli plochu; a udělejte to dost dlouho, abyste shromáždili smysluplná data s některými z nejlehčích a nejchytřejších vesmírných vědeckých nástrojů, jaké byly kdy vytvořeny.
Je to na úkolu?
Tři generace Mars roverů NASA v letech 1997 až 2012, fotografované uvnitř Mars Yardu v laboratoři Jet Propulsion Lab v Pasadeně v Kalifornii: náhradní let pro Sojourner (vpředu), testovací rover projektu Mars Exploration Rover (vlevo) a tester rover zvědavosti (vpravo) . (NASA / JPL-Caltech) Je pravda, že robotický LEMUR - zkratka pro „limbed excursion mechanické užitkové roboty“ - není tak roztomilý jako širokooký, nadýchaný ocasem druh popularizovaný Madagaskarem Dreamworks . Spíše se název robota dostává podle ambidexterity skutečného savce. Původně byl určen jako opravný robot pro mise Měsíce s posádkou, byl rover přepracován pro zkoumání svislých a obrácených povrchů kaňonů a jeskyní na mikrogravitaci.
„[Lemurové] používají obě ruce a nohy pro mobilitu a manipulaci, “ vysvětluje Aaron Parness, vedoucí skupiny robotů v extrémním prostředí v laboratoři Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA. "I když náš robot nemá zřetelné paže a nohy, je to podobné opici nebo lemurovi v tom, že dokáže používat nohy k tomu, aby dělal věci mnohem efektivněji než lidé."
Aby bylo zajištěno, že se robot může pohybovat v ještě podivnějších prostředích, než jaké jsou na Marsu, vytvořila Parnessova skupina tzv. „Chimerobot“: robot, který čerpá ze schopností mnoha různých pozemských zvířat. Se svými sahajícími končetinami a pádlovými chodidly LEMUR evokuje pavouka nebo hvězdice a pomocí jeho přívěsků se plazí a lpí na čirých površích.
Čtyři končetiny robota jsou vybaveny zaměnitelnými kruhovými „nožičkami“, které lze zaměnit za přídavná zařízení s různými funkcemi ve stylu nože Swiss Army, které mu pomáhají procházet různými povrchy. Horolezecké nohy mají řadu drobných ocelových háčků ostrých jako břitva, známých jako mikrospiny, které pevně uchopí drsné povrchy hornin tak, aby jedna noha držela hmotnost celého robota. Pro hladké povrchy, jako jsou vnější trupy vesmírných stanic nebo satelitů, se LEMUR drží lepkavými nohami podobnými gekonu.
V poslední době vědci vzali jednu z „rukou“ LEMUR do Antarktidy, aby vyzkoušeli nové a potenciálně klíčové připoutání: vrtací ledové vrtačky. Když jsou Parness a jeho tým připraveni otestovat svůj hardware, „hledají nejtěžší místa, která můžeme najít, “ řekl Parness. "Musíme najít správnou rovnováhu mezi tím, že máme správné prostředí, ale také ne být tak vzdálený, že je tam šílené drahé a nemožné dostat tým tam." Antarktida byla na samém okraji. “
Aby tak učinili, vyzvali Aarona Curtisa, geographera, který se stal sopečným robotem a stal se robotikem, který strávil několik let na dalekém jižním kontinentu a plazil se po ledových tunelech, které tvořil Mount Erebus, nejjižnější sopka na Zemi. Při průměrných letních teplotách klesajících na -22 stupňů Fahrenheita, sopky, ledových útvarů, které vytváří, a jejího stálého lávového jezera představují spravedlivé zástupné podmínky, s nimiž se může legged rover setkat v ledových měsících, jako je Evropa nebo Enceladus.
Aaron Curtis cestoval do Antarktidy letos v prosinci, kde testoval roboty a nástroje určené pro ledové světy, jako je Evropa. (Nial Peters) Jako výzkumný spolupracovník s observatoří sopky Mount Erebus šest posledních sedmi let mapoval Curtis topografii ledu obklopujícího sopku. Jeho zvláštní zájmy byly pod povrchem, v jeskyních a tunelech roztavených do ledu plyny unikajícími trhlinám sopky. Najít místa, kde jsou tunely napojeny na vnější stranu, bylo někdy tak jednoduché jako nalezení tyčícího se „ledového komínu“, metrů vysoké struktury vytvořené unikajícím plynem. Jindy to znamenalo najít jeskynní vchody náhodným pádem sněžného skútru do zakryté díry v zemi.
Poté, co strávil čtyři roky mapováním jedné jeskyně ve 3D, aby pozoroval její změny v průběhu času, Curtis zjistil, že se opakovaně dostává do stejných výzev znovu a znovu. Nejprve se jeho tým nemohl dostat do určitých oblastí, protože byly příliš toxické pro průzkum člověka. Zadruhé se obávali, že jejich lidská přítomnost by mohla neúmyslně kontaminovat vzácné prostředí zavedenými mikroby. Tyto dvě obavy ho vedly k tomu, aby zvážil užitečnost robotických průzkumníků.
"Pokud bychom měli robota, který by se dokázal dostat na led, mohli bychom prozkoumat mikrobiálně citlivé jeskyně naplněné plynem, " říká Curtis. Jeho vlastní drotování zmrzliny se nakonec hodilo pro práci, která již probíhá v JPL, ke které se připojil jako robotista v říjnu minulého roku.
Ukázalo se, že mikrospiny jen sklízejí led namísto toho, aby je uchopily, protože příloha je navržena tak, aby stlačila páteře dolů na skálu a získala tak nákup. Takže Curtis navrhl připevnění, které pomocí malých vrtáků kopalo sebe do ledového povrchu.
Původní design byl zanesen ledem, říká Curtis, a tak se obrátil k něčemu, co nadšenci lidského ledu důvěřují svým životům: šrouby z ledu. Jsou duté a umožňují, aby led prošel místo toho, aby se stavěl za vrtným koncem, a také by umožnil LEMUR produkovat a shromažďovat vzorky ledu, když se pomalu plazí.
Další zkoušky ledového světa se pravděpodobně uskuteční na ledovcích na hoře Mount Rainier ve Washingtonu - s plným podvozkem LEMUR a ne pouze s nemoderným připevněním nohou. Parness však uvedl, že schopnost vyzkoušet vzorkovací schopnosti také zdůrazňuje další klíčový cíl celého vývojového procesu.
"V terénním testování se vždy snažíme zasáhnout dva cíle: demonstrovat technologie pro budoucí použití, ale také dělat smysluplnou vědu na tomto místě, " říká. Jinými slovy, nejen testy LEMUR nám pomáhají nakonec pochopit kryokonzány na jiných tělech; "To nám prospívá i na Zemi, " říká Parness.
LEMUR získá cvičení v laboratoři Aaron Parness v JPL během nedávné zkušební jízdy. (NASA / JPL-Caltech) Již více než 35 let hledá Penelope Boston mikrobiální život a jeho ukazatele v extrémních prostředích, jako je například Cueva de Villa Luz nasáklá kyselinou sírovou v mexickém Tabasco. Ve své bývalé roli ředitelky jeskynních a krasových studií na Institutu hornictví a technologie v Novém Mexiku, kde studovala procesy stárnutí a eroze podzemních jeskyní a jímek, nasměroval Boston Parness na místa, kde se jeho tým a LEMUR mohli naučit, co hledat, a jak to hledat.
"Pomohl jsem Aaronovu týmu pochopit, jaké jemné stopy by mohly naznačovat možné mikrobiální nebo minerální depozity, které by LEMUR mohl prohlédnout, " řekl Boston, který nyní vede astrobiologický ústav NASA e-mailem.
Nabídka možností, dodala, jsou vzory zanechané v nebo na skalních formacích biologickými procesy, jako jsou textury, které ukazují, že mikroorganismy fungovaly při přeměně ložiska nebo minerálních ložisek. Na Zemi takový důkaz existuje na místech, jako je jeskyně Lechugilla v Novém Mexiku, kde se předpokládá, že bakterie, které se živí sírou, železem a manganem, hrály roli při tvarování jeskyní a velkolepých kamenných útvarů.
Stopy zanechané mikrobiálním životem obvykle nejsou tak zřejmé. Ale testováním různých nástrojů na živých i zkamenělých mikrobiálních zbytcích mohou roboty jako LEMUR vrhnout více světla na to, jak tyto mikroby žily, formovaly jejich prostředí a umíraly.
Součástí výzvy je zajistit, aby nástroje byly dostatečně malé, aby byly mobilní. Takže kromě testování hardwaru Parness a jeho tým spolupracovali s partnery univerzity na vývoji miniaturizovaných nástrojů pro dálkový průzkum a analýzu. Myšlenka je taková, že je LEMUR mohl nosit na břiše nebo jako batoh, mapovat jeskyni nebo terén ve 3D s lidarem, na plynovou chromatografii, hledat organické látky a molekuly bohaté na uhlík s malým infračerveným spektrometrem.
"Skupina [Aaron] Parness zkoumá možnosti dotování LEMURu rozpoznáváním vzorů a strojovým učením, které jí pomohou vidět jako lidská bytost, " řekl Boston. "Paleobiologie může být často velmi jemná a jemná a vylepšené vizuální a interpretační schopnosti, které mohou roboti přinést ke stolu, jsou potenciálně nesmírně mocné nástroje, které nám pomáhají lépe vidět a porozumět paleobiologii."
Aaron Curtis, postgraduální učenec na JPL, na vrcholu Antarktidy Erebus, nejjižnější aktivní sopka na Zemi. (Dylan Taylor) Podle navrhovaného federálního rozpočtu z Bílého domu by bylo financování mise Asteroid Redirect Mission - programu, kde bude nejpravděpodobněji použito LEMUR - vyloučeno. Parness a jeho tým však byli nařízeni, aby pokračovali ve své práci na LEMUR. Na konci roku 2017 se Parness zamíří zpět do oblasti Titus Canyon v Death Valley, kde předtím testoval LEMUR a v létě zastavil lávovými trubkami v Novém Mexiku.
Tam stojí 500 miliónů let stará zkamenělá řasa jako analog pro potenciální staré zbytky jinde - inženýři se však musí ujistit, že je LEMUR vidí. "Pokud se snažíme hledat život na útesových stěnách Marsu nebo jiných planet, měli bychom hledat nejstarší stopy života na Zemi a vyzkoušet tam naše nástroje, " říká Parness. "Pokud nedokážeme odhalit život na naší vlastní planetě, co nám dává jistotu, že ji dokážeme najít ve starším, tvrdším vzorku?"
