Microbots planetarios. Crédito de la imagen: NASA Haga Click para agrandar
Entrevista con Penny Boston, Parte I
Si desea viajar a estrellas distantes o encontrar vida en otro mundo, requiere un poco de planificación. Es por eso que la NASA ha establecido NIAC, el Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA. Durante los últimos años, la NASA ha estado alentando a los científicos e ingenieros a pensar fuera de la caja, a presentar ideas solo de este lado de la ciencia ficción. Su esperanza es que algunas de estas ideas se desarrollen y proporcionen a la agencia tecnologías que pueda usar en 20, 30 o 40 años en el futuro.
NIAC proporciona fondos de forma competitiva. Solo un puñado de las docenas de propuestas presentadas son financiadas. La financiación de la Fase I es mínima, lo suficiente para que los investigadores desarrollen su idea en papel. Si la idea muestra mérito, puede obtener financiación de la Fase II, lo que permite que la investigación continúe desde el concepto puro hasta la etapa de prototipo crudo.
Uno de los proyectos que recibió fondos de la Fase II a principios de este año fue una colaboración entre el Dr. Penelope Boston y el Dr. Steven Dubowsky para desarrollar "microbots saltarines" capaces de explorar terrenos peligrosos, incluidas cuevas subterráneas. Si el proyecto se desarrolla, algún día se enviarán microbots para buscar vida debajo de la superficie de Marte.
Boston pasa mucho tiempo en cuevas, estudiando los microorganismos que viven allí. Es directora del Programa de Estudios de Cuevas y Karst y profesora asociada en New Mexico Tech en Socorro, Nuevo México. Dubowsky es el director del Laboratorio de Robótica de Campo y Espacio del MIT en el MIT, en Cambridge, Massachusetts. Es conocido en parte por su investigación en músculos artificiales.
La revista Astrobiology entrevistó a Boston poco después de que ella y Dubowsky recibieran su beca NIAC Fase II. Esta es la primera de una entrevista de dos partes. Astrobiology Magazine (AM): ¿Usted y el Dr. Steven Dubowsky recibieron recientemente fondos de NIAC para trabajar en la idea de usar robots en miniatura para explorar cuevas subterráneas en Marte? Como surgió este proyecto?
Penny Boston (PB): Hemos estado haciendo bastante trabajo en cuevas en la Tierra con el objetivo de observar a los habitantes microbianos de estos entornos únicos. Creemos que pueden servir como plantillas para buscar formas de vida en Marte y otros cuerpos extraterrestres. Publiqué un artículo en 1992, con Chris McKay y Michael Ivanov, sugiriendo que el subsuelo de Marte sería el último refugio de la vida en ese planeta a medida que se volviera más frío y seco con el tiempo geológico. Eso nos metió en el negocio de mirar el subsuelo en la Tierra. Cuando lo hicimos, descubrimos que hay una increíble variedad de organismos que aparentemente son nativos del subsuelo. Interactúan con la mineralogía y producen biofirmas únicas. Entonces se convirtió en un área muy fértil para nosotros para estudiar.
Entrar en cuevas difíciles incluso en este planeta no es tan fácil. Traducir eso a las misiones extraterrestres robóticas requiere algo de reflexión. Tenemos buenos datos de imágenes de Marte que muestran pruebas geomorfológicas distintas de al menos cuevas de tubos de lava. Así que sabemos que Marte tiene al menos ese tipo de cueva que podría ser un objetivo científico útil para futuras misiones. Es plausible pensar que también hay otros tipos de cuevas y tenemos un artículo en prensa en un próximo documento especial de la Sociedad Geológica de América que explora mecanismos únicos de formación de cuevas (espeleogenéticos) en Marte. El gran punto de conflicto es cómo moverse en un terreno tan riguroso y difícil.
AM: ¿Puedes describir lo que hiciste en la primera fase del proyecto?
PB: En la Fase I, queríamos centrarnos en unidades robóticas que fueran pequeñas, muy numerosas (por lo tanto, prescindibles), en gran medida autónomas, y que tuvieran la movilidad necesaria para entrar en terrenos accidentados. Basado en el trabajo continuo del Dr. Dubowsky con el movimiento robótico activado por músculos artificiales, se nos ocurrió la idea de muchas, muchas, pequeñas esferas pequeñas, del tamaño de pelotas de tenis, que esencialmente saltan, casi como los frijoles saltarines mexicanos. Almacenan energía muscular, por así decirlo, y luego se separan en varias direcciones. Así se mueven.
crédito: Render por R.D.Gus Frederick
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Crédito de la imagen: Render por R.D.Gus Frederick
Hemos calculado que probablemente podríamos empacar alrededor de un millar de estos tipos en una masa de carga útil del tamaño de uno de los MER actuales (Mars Exploration Rovers). Eso nos daría la flexibilidad de sufrir la pérdida de un gran porcentaje de las unidades y aún tener una red que podría estar haciendo reconocimiento y detección, imágenes y tal vez incluso algunas otras funciones científicas.
AM: ¿Cómo se coordinan todas estas pequeñas esferas?
PB: Se comportan como un enjambre. Se relacionan entre sí utilizando reglas muy simples, pero eso produce una gran flexibilidad en su comportamiento colectivo que les permite satisfacer las demandas de terrenos impredecibles y peligrosos. El producto final que estamos imaginando es una flota de estos pequeños individuos enviados a un sitio de aterrizaje prometedor, saliendo del módulo de aterrizaje y luego dirigiéndose a algún subsuelo u otro terreno peligroso, donde se despliegan como una red. Crean una red de comunicación celular, de nodo a nodo.
AM: ¿Son capaces de controlar la dirección en la que saltan?
PB: Tenemos aspiraciones de que finalmente sean muy capaces. A medida que avanzamos en la Fase II, estamos trabajando con Fritz Printz en Stanford en celdas de combustible ultra miniatura para impulsar a estos pequeños, lo que les permitiría poder hacer una variedad bastante compleja de cosas. Una de esas capacidades es tener cierto control sobre la dirección en la que van. Hay ciertas formas en que se pueden construir que les permitan ir preferentemente en una dirección u otra. No es tan preciso como lo sería si fueran rovers con ruedas que solo van por un camino recto. Pero preferentemente pueden inclinarse más o menos en la dirección que desean ir. Así que estamos imaginando que tendrán al menos un control crudo sobre la dirección. Pero gran parte de su valor tiene que ver con su movimiento de enjambre como una nube en expansión.
Por maravillosos que sean los rovers MER, para el tipo de ciencia que hago, necesito algo más parecido a la idea del robot insecto que fue pionera por Rodney Brooks en el MIT. Poder aprovechar el modelo de inteligencia de insectos y la adaptación para la exploración me había atraído durante mucho tiempo. Agregar eso a la movilidad única proporcionada por la idea de salto del Dr. Dubowsky, creo, puede permitir que un porcentaje razonable de estas pequeñas unidades sobreviva a los peligros del terreno subterráneo, que me pareció una combinación mágica.
HB: Entonces, en la Fase I, ¿alguno de estos realmente se construyó?
PB: No. La Fase I, con NIAC, es un estudio de seis meses de duración que tensa el cerebro y empuja el lápiz, para comprender el estado del arte de las tecnologías relevantes. En la Fase II, haremos una cantidad limitada de prototipos y pruebas de campo, durante un período de dos años. Esto es mucho menos de lo que uno podría necesitar para una misión real. Pero, por supuesto, ese es el mandato del NIAC, examinar la tecnología dentro de 10 a 40 años. Estamos pensando que esto probablemente esté en el rango de 10 a 20 años.
AM: ¿Qué tipo de sensores o equipo científico imaginas poder poner en estas cosas?
PB: Las imágenes son claramente algo que nos gustaría hacer. A medida que las cámaras se vuelven increíblemente pequeñas y robustas, ya hay unidades en el rango de tamaño que podrían montarse en estas cosas. Posiblemente algunas de las unidades podrían estar equipadas con capacidad de aumento, por lo que uno podría mirar las texturas de los materiales en los que están aterrizando. La integración de imágenes tomadas por cámaras diminutas en muchas unidades pequeñas diferentes es una de las áreas para el desarrollo futuro. Eso está más allá del alcance de este proyecto, pero eso es lo que estamos pensando para las imágenes. Y luego, ciertamente sensores químicos, poder detectar y detectar el entorno químico, lo cual es muy crítico. Todo, desde pequeñas narices láser hasta electrodos selectivos de iones para gases.
Estamos imaginando tenerlos no todos idénticos, sino más bien un conjunto, con suficientes tipos diferentes de unidades equipadas con diferentes tipos de sensores para que la probabilidad aún sea alta, incluso dadas las pérdidas bastante altas de números de unidades, que todavía tendría un conjunto completo de sensores. A pesar de que cada unidad individual no puede tener una carga útil gigante de sensores, puede tener suficiente para que se superponga significativamente con sus otras unidades.
AM: ¿Será posible hacer pruebas biológicas?
PB: eso creo. Particularmente si imagina el marco de tiempo que estamos viendo, con los avances que se están poniendo en línea con todo, desde puntos cuánticos hasta dispositivos de laboratorio en un chip. Por supuesto, la dificultad es conseguir material de muestra para ellos. Pero cuando se trata de pequeñas unidades de contacto con el suelo, como nuestros microbots de salto, es posible que pueda colocarlas directamente sobre el material que desean probar. En combinación con la microscopía y las imágenes de campo más amplio, creo que existe la capacidad de realizar un trabajo biológico serio.
AM: ¿Tienes una idea de cuáles son los hitos que esperas alcanzar durante tu proyecto de dos años?
PB: Anticipamos que para marzo podríamos tener prototipos crudos que tengan la movilidad relevante. Pero eso puede ser demasiado ambicioso. Una vez que tengamos unidades móviles, nuestro plan es hacer pruebas de campo en cuevas de tubos de lava reales en las que estamos haciendo ciencia en Nuevo México.
El sitio de campo ya está probado. Como parte de la Fase I, salió el grupo MIT y les enseñé un poco sobre la espeleología y cómo era realmente el terreno. Fue una gran revelación para ellos. Una cosa es diseñar robots para las salas del MIT, pero otra cosa es diseñarlos para entornos rocosos del mundo real. Fue una experiencia muy educativa para todos nosotros. Creo que tienen una idea bastante buena de cuáles son las condiciones que deben cumplir con su diseño.
AM: ¿Cuáles son esas condiciones?
PB: Terreno extremadamente irregular, muchas grietas en las que estos tipos podrían quedar atrapados temporalmente. Por lo tanto, necesitaremos modos de operación que les permitan salir, al menos con una posibilidad razonable de éxito. Los desafíos de la comunicación de línea de visión en una superficie muy rugosa. Superando las grandes rocas. Quedarse atascado en pequeñas grietas. Cosas de ese tipo.
La lava no es suave. El interior de los tubos de lava es intrínsecamente liso después de su formación, pero hay una gran cantidad de material que se encoge, agrieta y cae. Por lo tanto, hay pilas de escombros para moverse una y otra vez, y muchos cambios de elevación. Y estas son cosas que los robots convencionales no tienen la capacidad de hacer.
Fuente original: NASA Astrobiology
