Overfladen på Europa, en af Jupiters fire måner, skaber en formidabel fjende. Først og fremmest er den indpakket i en tyk skorpe med is, revet op i store chasms af Jupiters massive tyngdekraft. Så er der den ekstremt lave overfladetyngdekraft og de rene, glatte iskløfter. Men under al den is, menes Europa også at have et hav af væske, der kan understøtte liv - hvilket gør det til et hovedmål for vores næste dybdegående efterforskning af solsystemet.
Relateret indhold
- Hvem skal man betale, når mennesker begynder at kolonisere andre planeter?
- Evidence Stacks Up for Icy Geysers Erupting on Europa
- Kan vi redde Mars fra os selv?
Så hvordan vil NASA overvinde denne forræderiske udfordring? Det kan bestemt ikke sende en hjulrigser som Sojourner, der skabte et kæmpe spring for robotkind, da det først krydsede Mars 'Ares Valles i 1996. I stedet ser NASA i stedet for at fjerne de engang revolutionerende hjul og genindse hvordan den næste generation af robotter vil udforske asteroider og solrige systems frigide verdener i de næste par årtier.
Indtast: LEMUR.
I øjeblikket vejer ca. 75 pund, er denne næste gen-rover en brøkdel af størrelsen på Mars 'nysgerrighed, som tjekker ind på næsten et ton. Dens størrelse alene strækker grænserne for robot evne - men hvis den nogensinde er implementeret, bliver den nødt til at gøre mere end det. Den pint-størrelse rover skal modstå vild ekstreme temperaturer og magnetiske forhold; navigere på enhver overflade; og gør det længe nok for at indsamle meningsfulde data med nogle af de letteste, smarteste rumvidenskabelige instrumenter nogensinde er bygget.
Er det op til opgaven?
Tre generationer af NASAs Mars-rovers fra 1997 til 2012, fotograferet inde i Mars-gården ved Jet Propulsion Lab i Pasadena, Calif: flyreservoir til Sojourner (foran), Mars Exploration Rover Project testrover (til venstre) og Curiosity test rover (højre) . (NASA / JPL-Caltech) Ganske vist er robot-LEMUR - et forkortelse for "lemmetudflugt mekanisk hjælprobot" - ikke så sød som den vidøjede, fluffige halefarv, der blev populariseret af Dreamworks ' Madagaskar. Snarere får robotten sit navn fra det virkelige pattedyrs ambidexteritet. Oprindeligt beregnet til at være en reparationsrobot til bemandede måneopgaver, er roveren blevet redesignet til mikrogravitetsundersøgelse af de lodrette og omvendte overflader på kløfter og huler.
”[Lemurer] bruger både hænder og fødder til mobilitet og manipulation, ” forklarer Aaron Parness, leder af ekstrem miljørobotik ved NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL). ”Selvom vores robot ikke har forskellige arme og ben, ligner den en abe eller lemur, idet den kan bruge fødderne til at gøre ting meget mere effektivt end mennesker kan.”
For at sikre, at roboten kan bevæge sig i endnu fremmed miljøer end dem, der findes på Mars, har Parness 'gruppe skabt det, der måske kan kaldes en "chimerobot": en robot, der trækker på evnerne hos mange forskellige landdyr. Med sine nående lemmer og skovlignende fødder fremkalder LEMUR en edderkop eller søstjerner ved hjælp af dens vedhæng til at krybe og klæbe sig fast overflader.
Robotens fire lemmer er udstyret med udskiftelige cirkulære "fødder", der kan skiftes ud til tilbehør med forskellige funktioner, schweiziske hærs knivstil, for at hjælpe den med at krydse forskellige overflader. Stigklatrefødder har en række små, knivskarpe stålkroge, kendt som mikrospiner, til at gribe de ru ru overflader fast nok til, at en fod kan holde hele robotens vægt. For glatte overflader, såsom de ydre skrog på rumstationer eller satellitter, klæber LEMUR sig med gecko-lignende klæbrige fødder.
For nylig tog forskere en af LEMURs "hænder" til Antarktis for at teste en ny og potentielt afgørende fastgørelse: skruelignende isbor. Når Parness og hans team er klar til at teste deres hardware, “ser de efter de sværeste steder, vi kan finde, ” sagde Parness. ”Vi er nødt til at finde den rette balance mellem at have det rigtige miljø, men heller ikke at være så fjernt, at det er vanvittigt dyrt og umuligt at få holdet der. Antarktis var lige i udkanten af det. ”
For at gøre det opfordrede de Aaron Curtis, en geograf-slået-vulkanolog-drejet-robotiker, der har tilbragt flere somre på det fjerneste sydlige kontinent og kravlede rundt i iskaldte tunneler dannet af Mount Erebus, Jordens sydligste aktive vulkan. Med gennemsnitlige sommertemperaturer, der dypper til -22 grader Fahrenheit, vulkanen, de isformationer, den skaber, og dens stående lavasø repræsenterer en retfærdig proxy af forhold, som en benbejder kan møde på iskolde måner som Europa eller Enceladus.
Aaron Curtis rejste til Antarktis i sidste uge, hvor han testede robotter og instrumenter designet til iskaldte verdener som Europa. (Nial Peters) Som forskningsmand med Mount Erebus Volcano Observatory i seks af de sidste syv år kortlagde Curtis topografien af isen, der omgiver vulkanen. Hans særlige interesser var under overfladen, i hulerne og tunneler, der smeltede i isen ved gasser, der undgik vulkanens sprækker. At finde steder, hvor tunnelerne, der var forbundet til ydersiden, var undertiden så enkle som at finde en ruvende “is skorsten”, meterhøje strukturer dannet ved at undslippe gas. Andre gange betød det, at man finder huleindgange ved at droppe en snescooter i et skjult hul i jorden ved et uheld.
Efter at have brugt fire år på at kortlægge en hule i 3D til at observere dens ændringer over tid, fandt Curtis sig gentagne gange løbe ind i de samme udfordringer igen og igen. Først var hans team ikke i stand til at komme til bestemte områder, fordi de var for giftige til efterforskning af mennesker. For det andet frygtede de, at deres menneskelige tilstedeværelse utilsigtet kunne forurene det sjældne miljø med introducerede mikrober. Disse to bekymringer førte til, at han overvejede anvendeligheden af robotforskere.
”Hvis vi havde en robot, der kunne komme rundt på is, kunne vi udforske mikrobielt følsomme og gasfyldte huler, ” siger Curtis. Hans egen isbot-tinkering endte med at være en god pasform til det arbejde, der allerede var i gang på JPL, som han tiltrådte som robotist i oktober sidste år.
Det viser sig, at mikrospiner bare strimler is i stedet for at gribe dem, da fastgørelseselementet er designet til at presse rygsøjlerne ned på klippen for at få køb. Så Curtis designet en vedhæftning, der brugte små øvelser til at grave sig selv i en iskold overflade.
Det originale design blev tilstoppet med is, siger Curtis, så han vendte sig mod noget, som menneskets isentusiaster stoler på med deres liv: ishylde fra hylden. De er hule, hvilket tillader, at is passerer igennem i stedet for at bygge sig bag borenden, og vil også give LEMUR mulighed for at producere og indsamle isprøver, når den kryber langsomt langs.
De næste isverdenstest vil sandsynligvis finde sted på gletscherne ovenpå Mount Rainier i Washington - med det fulde LEMUR-chassis og ikke kun en nedmonteret fodtilbehør. Men Parness sagde, at evnen til at afprøve samplingfunktioner også understreger et andet nøglemål for hele udviklingsprocessen.
”Med feltforsøg forsøger vi altid at nå to mål: at demonstrere teknologier til fremtidig brug, men også at gøre meningsfuld videnskab på det sted, ” siger han. Med andre ord, ikke kun er LEMUR-test, der hjælper os med til sidst at forstå kryovolkaner på andre kroppe; ”Dette kommer os også til gode på jorden, ” siger Parness.
LEMUR får en træning i Aaron Parness 'laboratorium hos JPL i en nylig testkørsel. (NASA / JPL-Caltech) I mere end 35 år har Penelope Boston søgt mikrobiel liv og dens indikatorer i ekstreme miljøer, som f.eks. I den svovlsyretrævede Cueva de Villa Luz i Tabasco, Mexico. I sin tidligere rolle som direktør for hule- og karstundersøgelser ved New Mexico Institute of Mining and Technology, hvor hun studerede aldrings- og erosionsprocesser i underjordiske huler og synkehul, ledede Boston Parness mod steder, hvor hans team og LEMUR kunne lære, hvad de skal se efter, og hvordan man ser efter det.
”Jeg har hjulpet Aarons team med at forstå, hvad de subtile signaler kan være, der kunne indikere mulige mikrobielle eller mineralaflejringer af interesse for LEMUR til at inspicere, ” sagde Boston, der nu leder NASAs Astrobiology Institute, via e-mail.
Menuen med muligheder, tilføjede hun, er mønstre, der er efterladt i eller på klippeformationer af biologiske processer, såsom teksturer, der viser, at mikroorganismer har været på arbejde og transformeret bundfjeld eller mineralaflejringer. På jorden findes sådanne beviser på steder som Lechugilla Cave i New Mexico, hvor bakterier, der lever af svovl, jern og mangan, antages at have spillet en rolle i udformningen af hulerne og spektakulære stenformationer der.
Det er normalt ikke så åbenlyst, at der er efterladninger fra det mikrobielle liv. Men ved at teste en række instrumenter på både levende og fossiliserede mikrobielle rester, kan robotter som LEMUR kaste mere lys over, hvordan disse mikrober levede, formede deres miljøer og døde.
En del af udfordringen er at sikre, at værktøjerne er små nok til at være mobile. Så ud over at teste hardware, har Parness og hans team arbejdet med universitetspartnere for at udvikle miniaturiserede fjernmålerings- og analyseinstrumenter. Tanken er, at LEMUR kunne bære dem på maven eller som en rygsæk, kortlægge en hule eller terræn i 3D med lidar, til gaskromatografi, til at lede efter organiske og kulstofrige molekyler med et lille nær-infrarødt spektrometer.
”[Aaron] Parness gruppe undersøger mulighederne for at give LEMUR mønstergenkendelse og maskinlæring for at hjælpe hende med at se ud som et menneske, ” sagde Boston. ”Paleobiologi kan ofte være meget fin skala og subtil, og forbedrede visuelle og tolkningsmuligheder, som robotter kan bringe til bordet, er potentielt enormt kraftfulde værktøjer, der hjælper os med at se og forstå paleobiologi bedre.”
Aaron Curtis, postdoktor ved JPL, på toppen af Antarktis Mt. Erebus, den sydligste aktive vulkan på jorden. (Dylan Taylor) Under det foreslåede føderale budget fra Det Hvide Hus ville finansieringen til Asteroid Redirect Mission - det program, hvor LEMUR mest sandsynligt vil blive brugt - blive fjernet. Parness og hans team er dog blevet instrueret til at fortsætte deres arbejde med LEMUR. I slutningen af 2017 tager Parness tilbage til Titus Canyon-området i Death Valley, hvor han testede LEMUR før og stoppede ved lavarør i New Mexico om sommeren.
Der står 500 millioner år gamle fossiliserede alger ind som en analog til potentielle gamle rester andre steder - men ingeniører skal sørge for, at LEMUR kan se dem. ”Hvis vi prøver at se efter liv på klippevægge på Mars eller andre planeter, skal vi se efter ældste spor af liv på Jorden og teste vores instrumenter der, ” siger Parness. "Hvis vi ikke kan opdage liv på vores egen planet, hvad giver os derfor tillid til, at vi ville være i stand til at finde det i en ældre og hårdere prøve?"
