Overflaten på Europa, en av Jupiters fire måner, gjør en formidabel fiende. Først og fremst er den pakket inn i en tykk skorpe med is, revet opp i store chasms av Jupiters enorme gravitasjonstrekk. Så er det den ekstremt lave tyngdekraften og rene, glatte isfugler. Men under all den isen, antas Europa også å ha et hav av væske som kan støtte liv - noe som gjør det til et hovedmål for vår neste dyptgående utforskning av solsystemet.
Relatert innhold
- Hvem skal være ansvarlige når mennesker begynner å kolonisere andre planeter?
- Evidence Stacks Up for Icy Geysers Erupting on Europa
- Kan vi redde mars fra oss selv?
Så hvordan vil NASA overvinne denne forræderske utfordringen? Den kan absolutt ikke sende en roer som Sojourner, noe som gjorde et kjempesprang for robotkind da den først krysset Mars 'Ares Valles i 1996. I stedet er NASA ute etter å gjøre unna de en gang revolusjonerende hjulene og se på hvordan neste generasjon av roboter vil utforske asteroider og de frigide ytre verdenene til solsystemet i løpet av de neste tiårene.
Skriv inn: LEMUR.
For øyeblikket som veier rundt 75 pund, er denne neste gen-roveren en brøkdel av størrelsen på Mars 'nysgjerrighet, som sjekker inn nesten et tonn. Størrelsen alene tøyer grensene for robotevnen - men hvis den noen gang er utplassert, vil den trenge å gjøre mer enn det. Roveren i pintstørrelse må tåle ekstremt ekstreme temperaturer og magnetiske forhold; navigere på hvilken som helst overflate; og gjør det lenge nok til å samle meningsfulle data med noen av de letteste, smarteste romvitenskapelige instrumentene som noen gang er bygget.
Er det opp til oppgaven?
Tre generasjoner av NASAs Mars-rover fra 1997 til 2012, fotografert inne i Mars Yard ved Jet Propulsion Lab i Pasadena, Calif: flyreservat for Sojourner (foran), Mars Exploration Rover Project test rover (til venstre) og Curiosity test rover (til høyre) . (NASA / JPL-Caltech) Riktignok er robot-LEMUR - et forkortelse for "lemmetisk utflukt mekanisk bruksrobot" - ikke så søt som den vidøyde, fluffete haletypen popularisert av Dreamworks ' Madagaskar. Snarere får roboten navnet sitt fra det virkelige pattedyrets ambidexterity. Opprinnelig ment for å være en reparasjonsrobot for bemannede måneoppdrag, har roveren blitt designet for å undersøke mikrogravitet av de vertikale og omvendte overflatene av canyons og huler.
"[Lemurer] bruker både hender og føtter for mobilitet og manipulasjon, " forklarer Aaron Parness, ledergruppe for ekstreme miljøroboter ved NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL). "Selv om roboten vår ikke har forskjellige armer og ben, ligner den en ape eller lemur ved at den kan bruke føttene sine til å gjøre ting mye mer effektivt enn mennesker kan."
For å sikre at roboten kan bevege seg i enda merkeligere miljøer enn de som finnes på Mars, har Parness gruppe laget det som kan kalles en "chimerobot": en robot som trekker på evnene til mange forskjellige landdyr. LEMUR fremkaller en edderkopp eller sjøstjerne med sine nående lemmer og padle-lignende føtter, ved å bruke appendagene til å krype og klamre seg til rene overflater.
Robotens fire lemmer er utstyrt med utskiftbare sirkulære "føtter", som kan byttes ut for tilbehør med forskjellige funksjoner, Swiss Army knivstil, for å hjelpe den å krysse en rekke overflater. Fjellklatreføtter har en serie bittesmå, sylskarpe stålkroker, kjent som mikrospiner, for å gripe de grove overflatene av bergarter fast nok til at en fot kan holde hele robotens vekt. For glatte overflater, for eksempel de ytre skrogene til romstasjoner eller satellitter, fester LEMUR seg med gecko-lignende klebrig føtter.
Nylig tok forskere en av LEMURs “hender” til Antarktis for å teste ut et nytt og potensielt avgjørende vedlegg: skruelignende isbor. Når Parness og teamet hans er klare til å teste maskinvaren sin, "ser de etter de tøffeste stedene vi kan finne, " sa Parness. Vi må finne den rette balansen mellom å ha det rette miljøet, men heller ikke være så fjernt at det er vanvittig dyrt og umulig å få teamet dit. Antarktis var helt i utkanten av det. ”
For å gjøre det, ba de på Aaron Curtis, en geograf-slått-vulkanolog-slått-robotiker som har tilbrakt flere somre på det sørlige kontinentet, og kravlet rundt iskaldte tunneler dannet av Mount Erebus, jordens sørligste aktive vulkan. Med gjennomsnittlige sommertemperaturer som dypper til -22 grader Fahrenheit, vulkanen, isformasjonene den skaper, og dens stående lavasjø representerer en rettferdig fullmakt av forhold som en benbein kan møte på isete måner som Europa eller Enceladus.
Aaron Curtis reiste til Antarktis den siste desember, hvor han testet roboter og instrumenter designet for isete verdener som Europa. (Nial Peters) Som en forskningsassistent med Mount Erebus Volcano Observatory i seks av de siste syv årene, kartla Curtis topografien til isen som omgir vulkanen. Hans spesielle interesser var under overflaten, i hulene og tunneler smeltet inn i isen ved gasser som slapp unna vulkanens sprekker. Det var noen ganger så enkelt å finne steder der tunnelene koblet til utsiden som å finne en ruvende "is skorstein", meter høye strukturer dannet av rømming. Andre ganger betydde det at du fant huleinnganger ved å slippe en snøscooter i et skjult hull i bakken ved et uhell.
Etter å ha brukt fire år på å kartlegge en hule i 3D for å observere endringene over tid, fant Curtis seg selv gjentatte ganger med de samme utfordringene. For det første klarte ikke teamet å komme til bestemte områder fordi de var for giftige for utforskning av mennesker. For det andre fryktet de at deres menneskelige tilstedeværelse utilsiktet kunne forurense det sjeldne miljøet med introduserte mikrober. Disse to bekymringene førte til at han vurderte verktøyet til robotoppdagere.
"Hvis vi hadde en robot som kunne komme seg rundt på is, kunne vi utforske mikrobielt følsomme og gassfylte huler, " sier Curtis. Hans egen isbot-tipping endte med å være en god passform for arbeidet som allerede pågår hos JPL, som han ble med som robotist i oktober i fjor.
Mikrospiner viser seg, at de har en tendens til å bare stramme is i stedet for å gripe dem, siden festet er designet for å presse ryggraden ned på berget for å få kjøp. Så Curtis designet et vedlegg som brukte bittesmå driller for å grave seg ned i en isete overflate.
Den opprinnelige designen ble tett med is, sier Curtis, så han henvendte seg til noe menneskelige isentusiaster stoler på med livet: ishylser uten hylle. De er hule, slik at is kan passere i stedet for å bygge seg opp bak boreenden, og vil også tillate LEMUR å produsere og samle isprøver når den kryper sakte langs.
De neste isverdenstestene vil sannsynligvis finne sted på isbreene på toppen av Rainierier i Washington - med hele LEMUR-chassiset og ikke bare et demontert fotfest. Men Parness sa at evnen til å teste ut prøvetakingsevner også understreker et annet hovedmål for hele utviklingsprosessen.
"Med feltprøving prøver vi alltid å nå to mål: å demonstrere teknologier for fremtidig bruk, men også å gjøre meningsfylt vitenskap på det stedet, " sier han. Med andre ord, ikke bare er LEMUR-tester som hjelper oss med å til slutt forstå kryovolkaner på andre kropper; "Dette kommer oss også på jorden, " sier Parness.
LEMUR får en treningsøkt i Aaron Parness 'laboratorium hos JPL i løpet av en fersk testkjøring. (NASA / JPL-Caltech) I mer enn 35 år har Penelope Boston oppsøkt mikrobielt liv og indikatorene i ekstreme miljøer, for eksempel i den svovelsyre-gjennomvåt Cueva de Villa Luz i Tabasco, Mexico. I sin tidligere rolle som direktør for grotte- og karststudier ved New Mexico Institute of Mining and Technology, der hun studerte aldrings- og erosjonsprosesser av underjordiske huler og synkehull, ledet Boston Parness mot steder der teamet hans og LEMUR kunne lære hva de skal se etter, og hvordan du ser etter det.
"Jeg har hjulpet Arons team til å forstå hva de subtile ledetrådene kan være som kan indikere mulige mikrobielle eller mineralforekomster av interesse for LEMUR å inspisere, " sa Boston, som nå leder NASAs Astrobiology Institute, via e-post.
Menyen med muligheter, la hun til, er mønstre som er etterlatt i eller på fjellformasjoner av biologiske prosesser, for eksempel teksturer som viser at mikroorganismer har vært på jobb og transformert berggrunn eller mineralavsetninger. På jorden eksisterer slike bevis steder som Lechugilla Cave i New Mexico, hvor bakterier som lever av svovel, jern og mangan antas å ha spilt en rolle i utformingen av hulene og spektakulære steinformasjoner der.
Ledetråder etterlatt av mikrobielt liv er vanligvis ikke så åpenbare. Men ved å teste ut en rekke instrumenter på både levende og fossiliserte mikrobielle rester, kan roboter som LEMUR kaste mer lys over hvordan disse mikrober levde, formet miljøene og døde.
En del av utfordringen er å sørge for at verktøyene er små nok til å være mobile. Så i tillegg til å teste maskinvaren, har Parness og teamet hans jobbet med universitetspartnere for å utvikle miniatyriserte fjernmåling og analyseinstrumenter. Tanken er at LEMUR kunne ha dem på magen eller som en ryggsekk, kartlegge en hule eller terreng i 3D med lidar, til gasskromatografi, til å se etter organiske og karbonrike molekyler med et bittelitt infrarødt spektrometer.
"[Aaron] Parness gruppe undersøker mulighetene for å gi LEMUR mønstergjenkjenning og maskinlæring for å hjelpe henne å se ut som et menneske, " sa Boston. "Paleobiologi kan ofte være veldig fin og subtil, og forbedrede visuelle og tolkende evner som roboter kan bringe til bordet er potensielt ekstremt kraftige verktøy som hjelper oss å se og forstå paleobiologi bedre."
Aaron Curtis, postdoktor ved JPL, på toppen av Antarktis Mt. Erebus, den sørligste aktive vulkanen på jorden. (Dylan Taylor) Under det foreslåtte føderale budsjettet fra Det hvite hus ville finansiering til Asteroid Redirect Mission - programmet der LEMUR mest sannsynlig vil bli brukt - bli eliminert. Parness og teamet hans har imidlertid blitt bedt om å fortsette arbeidet med LEMUR. I slutten av 2017 vil Parness være på vei tilbake til Titus Canyon-området i Death Valley, hvor han testet LEMUR før, og stakk innom lavarør i New Mexico om sommeren.
Der står 500 millioner år gamle fossiliserte alger inn som en analog for potensielle eldgamle rester andre steder - men ingeniører må sørge for at LEMUR kan se dem. "Hvis vi prøver å se etter liv på klippeveggene til Mars eller andre planeter, bør vi se etter eldste spor etter liv på jorden og teste instrumentene våre der, " sier Parness. "Hvis vi ikke kan oppdage liv på vår egen planet, hva gir oss tillit til at vi kunne finne det i en eldre og tøffere prøve?"
