Het oppervlak van Europa, een van de vier manen van Jupiter, maakt een formidabele vijand. Ten eerste is het gewikkeld in een dikke schil van ijs, opengescheurd in grote afgronden door Jupiter's enorme zwaartekracht. Dan is er de extreem lage oppervlakte zwaartekracht en pure, gladde ijskloven. Maar onder al dat ijs wordt ook gedacht dat Europa een oceaan van vloeistof heeft die het leven zou kunnen ondersteunen - waardoor het een belangrijk doelwit is voor onze volgende diepgaande verkenning van het zonnestelsel.
gerelateerde inhoud
- Wanneer mensen andere planeten gaan koloniseren, wie moet dan de leiding hebben?
- Bewijs stapelt zich op voor Icy Geysers Erupting on Europa
- Kunnen we Mars van onszelf redden?
Dus hoe gaat NASA deze verraderlijke uitdaging overwinnen? Het kan zeker geen wielrover zoals Sojourner sturen, die een gigantische sprong voor de robotkind maakte toen het voor het eerst in 1996 door Mars 'Ares Valles reed. In plaats daarvan wil NASA die eens revolutionaire wielen afschaffen en opnieuw voorstellen hoe de volgende generatie van robots zullen in de komende decennia asteroïden en de ijskoude buitenwerelden van het zonnestelsel verkennen.
Voer: LEMUR.
Momenteel weegt ongeveer 75 pond, deze next-gen rover is een fractie van de grootte van Mars 'Curiosity, die incheckt op bijna een ton. Alleen al de omvang ervan overschrijdt de grenzen van het robotvermogen - maar als het ooit wordt ingezet, moet het meer doen dan dat. De kleine rover moet bestand zijn tegen extreem extreme temperaturen en magnetische omstandigheden; navigeren op elk oppervlak; en doe het lang genoeg om zinvolle gegevens te verzamelen met enkele van de lichtste, slimste ruimtewetenschappelijke instrumenten die ooit zijn gebouwd.
Is het aan de taak?
Drie generaties NASA's Mars-rovers van 1997 tot 2012, gefotografeerd in de Mars Yard in het Jet Propulsion Lab in Pasadena, Californië: flight spare voor Sojourner (voorkant), Mars Exploration Rover Project-testrover (links) en Curiosity-testrover (rechts) . (NASA / JPL-Caltech) Toegegeven, de robotachtige LEMUR - een afkorting voor 'limb excursion mechanical utility robot' - is niet zo schattig als de soort met grote ogen, pluizige staart populair gemaakt door Dreamworks ' Madagascar. Integendeel, de robot dankt zijn naam aan de ambidexteriteit van het echte zoogdier. Oorspronkelijk bedoeld als een reparatierobot voor bemande maanmissies, is de rover opnieuw ontworpen voor microzwaartekrachtverkenning van de verticale en omgekeerde oppervlakken van canyons en grotten.
"[Maki's] gebruiken hun handen en voeten voor mobiliteit en manipulatie", legt Aaron Parness uit, groepsleider in extreme omgevingsrobots bij Jet Propulsion Laboratory (JPL) van NASA. "Hoewel onze robot geen verschillende armen en benen heeft, lijkt hij op een aap of maki omdat hij zijn voeten kan gebruiken om dingen veel efficiënter te doen dan mensen."
Om ervoor te zorgen dat de robot in nog vreemdere omgevingen kan bewegen dan die op Mars, heeft de groep van Parness een zogenaamde "chimerobot" gemaakt: een robot die gebruik maakt van de mogelijkheden van veel verschillende landdieren. Met zijn reikende ledematen en peddelachtige voeten, roept LEMUR een spin of zeester op en gebruikt zijn aanhangsels om te kruipen en zich vast te klampen aan pure oppervlakken.
De vier ledematen van de robot zijn uitgerust met verwisselbare cirkelvormige "voeten", die kunnen worden verwisseld voor hulpstukken met verschillende functies, in de stijl van een Zwitsers zakmes, om hem te helpen bij het oversteken van verschillende oppervlakken. Rotsklimmende voeten hebben een reeks kleine, vlijmscherpe stalen haken, bekend als microspines, om de ruwe oppervlakken van stenen stevig genoeg te grijpen voor één voet om het gewicht van de hele robot te dragen. Voor gladde oppervlakken, zoals de buitenste rompen van ruimtestations of satellieten, hecht LEMUR zich met gekko-achtige plakkerige voeten.
Onlangs namen onderzoekers een van de "handen" van LEMUR mee naar Antarctica om een nieuwe en potentieel cruciale bevestiging te testen: schroefachtige ijsboren. Wanneer Parness en zijn team klaar zijn om hun hardware te testen, "zoeken ze naar de moeilijkste plaatsen die we kunnen vinden, " zei Parness. “We moeten de juiste balans vinden tussen het hebben van de juiste omgeving, maar ook niet zo afgelegen zijn dat het waanzinnig duur en onmogelijk is om het team daar te krijgen. Antarctica was daar aan de rand van. ”
Om dit te doen, deden ze een beroep op Aaron Curtis, een geograaf en vulkaan-robot die verschillende zomers op het verre zuidelijke continent heeft doorgebracht, rond ijskoude tunnels kruipen gevormd door Mount Erebus, de zuidelijkste actieve vulkaan van de aarde. Met gemiddelde zomertemperaturen die dalen tot -22 graden Fahrenheit, de vulkaan, de ijsformaties die het creëert, en zijn staande lavameer vertegenwoordigen een eerlijke indicatie van omstandigheden die een legged rover zou kunnen tegenkomen op ijzige manen zoals Europa of Enceladus.
Aaron Curtis reisde afgelopen december naar Antarctica, waar hij robots en instrumenten testte die zijn ontworpen voor ijzige werelden zoals Europa. (Nial Peters) Als onderzoeksmedewerker bij Mount Erebus Volcano Observatory gedurende zes van de afgelopen zeven jaar, bracht Curtis de topografie van het ijs rond de vulkaan in kaart. Zijn bijzondere interesses lagen onder het oppervlak, in de grotten en tunnels die in het ijs smolten door gassen die uit de kloven van de vulkaan ontsnapten. Plaatsen vinden waar de tunnels met de buitenzijde verbonden waren, was soms net zo eenvoudig als het vinden van een torenhoge "ijsschoorsteen", metershoge structuren gevormd door ontsnappend gas. Andere keren betekende dat het vinden van grotingangen door een sneeuwscooter per ongeluk in een verborgen gat in de grond te laten vallen.
Na vier jaar een grot in 3D in kaart te hebben gebracht om de veranderingen in de loop van de tijd te observeren, kwam Curtis herhaaldelijk dezelfde uitdagingen tegen. Ten eerste kon zijn team bepaalde gebieden niet bereiken omdat ze te giftig waren voor menselijke verkenning. Ten tweede vreesden ze dat hun menselijke aanwezigheid per ongeluk de zeldzame omgeving zou kunnen besmetten met geïntroduceerde microben. Deze twee zorgen brachten hem ertoe het nut van robotische ontdekkingsreizigers te overwegen.
"Als we een robot hadden die op ijs rond kon rijden, zouden we microbieel gevoelige en met gas gevulde grotten kunnen verkennen, " zegt Curtis. Zijn eigen ijs-bot-knutselen was uiteindelijk een goede pasvorm voor het werk dat al aan de gang was bij JPL, waar hij afgelopen oktober bij kwam als robotica.
Microspines, zo blijkt, hebben de neiging om gewoon ijs te versnipperen in plaats van ze vast te pakken, omdat het hulpstuk is ontworpen om de stekels op de rots te drukken om te kopen. Dus ontwierp Curtis een hulpstuk dat kleine boren gebruikte om zichzelf in een ijzig oppervlak te graven.
Het oorspronkelijke ontwerp raakte verstopt met ijs, zegt Curtis, dus wendde hij zich tot iets dat menselijke ijsliefhebbers vertrouwen in hun leven: kant-en-klare ijsschroeven. Ze zijn hol, waardoor ijs erdoorheen kan gaan in plaats van achter het booruiteinde op te bouwen, en LEMUR kan ook ijsmonsters produceren en verzamelen terwijl het langzaam langs kruipt.
De volgende ijswereldtests zullen waarschijnlijk plaatsvinden op de gletsjers boven op Mount Rainier in Washington - met het volledige LEMUR-chassis en niet alleen een gedemonteerde voetbevestiging. Maar Parness zei dat de mogelijkheid om bemonsteringsmogelijkheden te testen ook een ander belangrijk doel van het hele ontwikkelingsproces onderstreept.
"Met praktijktests proberen we altijd twee doelen te bereiken: technologieën demonstreren voor toekomstig gebruik, maar ook om zinvolle wetenschap te doen op die locatie, " zegt hij. Met andere woorden, niet alleen helpen LEMUR-tests ons om uiteindelijk cryovolcanoes op andere lichamen te begrijpen; "Dit komt ons ook op aarde ten goede", zegt Parness.
LEMUR krijgt een training in het laboratorium van Aaron Parness bij JPL tijdens een recente testrun. (NASA / JPL-Caltech) Al meer dan 35 jaar zoekt Penelope Boston naar microbieel leven en zijn indicatoren in extreme omgevingen, zoals in de met zwavelzuur doordrenkte Cueva de Villa Luz in Tabasco, in Mexico. In haar vroegere functie als directeur van grot- en karststudies aan het New Mexico Institute of Mining and Technology, waar ze verouderings- en erosieprocessen van ondergrondse grotten en sinkholes bestudeerde, stuurde Boston Parness naar locaties waar zijn team en LEMUR konden leren waar ze naar moesten zoeken, en hoe het te zoeken.
"Ik heb Aarons team geholpen te begrijpen wat de subtiele signalen kunnen zijn die kunnen wijzen op mogelijke microbiële of minerale afzettingen van interesse voor LEMUR om te inspecteren, " zei Boston, die nu leiding geeft aan NASA's Astrobiology Institute, via e-mail.
Het menu met mogelijkheden, voegde ze eraan toe, zijn patronen achtergelaten in of op rotsformaties door biologische processen, zoals texturen die aantonen dat micro-organismen aan het werk zijn geweest om gesteente of minerale afzettingen te transformeren. Op aarde bestaat dergelijk bewijs op plaatsen zoals de Lechugilla-grot in New Mexico, waar bacteriën die zich voeden met zwavel, ijzer en mangaan worden verondersteld een rol te hebben gespeeld bij het vormen van de grotten en spectaculaire steenformaties daar.
Aanwijzingen achtergelaten door microbieel leven zijn meestal niet zo voor de hand liggend. Maar door verschillende instrumenten te testen op zowel levende als versteende microbiële resten, kunnen robots zoals LEMUR meer licht werpen op hoe deze microben leefden, hun omgeving vormden en stierven.
Een deel van de uitdaging is ervoor te zorgen dat de tools klein genoeg zijn om mobiel te zijn. Dus naast het testen van de hardware, hebben Parness en zijn team samengewerkt met universitaire partners om geminiaturiseerde instrumenten voor teledetectie en analyse te ontwikkelen. Het idee is dat LEMUR ze op zijn buik of als een rugzak kan dragen, een grot of terrein in 3D met lidar in kaart kan brengen, gaschromatografie, op zoek naar organische stoffen en koolstofrijke moleculen met een kleine bijna-infraroodspectrometer.
"[Aaron] Parness's groep onderzoekt de mogelijkheden om LEMUR te voorzien van patroonherkenning en machine learning om haar te helpen zien als een mens, " zei Boston. "Paleobiologie kan vaak heel fijn en subtiel zijn, en verbeterde visuele en interpretatiemogelijkheden die robots kunnen bieden, zijn potentieel enorm krachtige hulpmiddelen om ons te helpen paleobiologie beter te zien en te begrijpen."
Aaron Curtis, een postdoctorale geleerde bij JPL, bovenop de Mt. Erebus, de meest zuidelijke actieve vulkaan op aarde. (Dylan Taylor) Volgens het voorgestelde federale budget van het Witte Huis zou de financiering voor de Asteroid Redirect-missie - het programma waar LEMUR het meest waarschijnlijk wordt gebruikt - worden geëlimineerd. Parness en zijn team hebben echter de opdracht gekregen om verder te werken aan LEMUR. Eind 2017 keert Parness terug naar het Titus Canyon-gebied in Death Valley, waar hij LEMUR eerder heeft getest en in de zomer bij lavabuizen in New Mexico stopt.
Daar staan 500 miljoen jaar oude gefossiliseerde algen als analoog voor potentiële oude overblijfselen elders - maar ingenieurs moeten ervoor zorgen dat LEMUR ze kan zien. "Als we proberen te zoeken naar leven op klifmuren van Mars of andere planeten, moeten we op zoek gaan naar de oudste sporen van leven op aarde en onze instrumenten daar testen", zegt Parness. "Als we het leven op onze eigen planeet niet kunnen detecteren, wat geeft ons dan het vertrouwen dat we het in een oudere, hardere steekproef zouden kunnen vinden?"
