טריק פירורי הלחם של הנזל וגרטל מעורר השראה לחקירה רובוטית של מערות על מאדים ומחוצה לו

מהנדסים מאוניברסיטת אריזונה פיתחו מערכת המאפשרת לכלים אוטונומיים לסרוק בתי גידול תת-קרקעיים עבור אסטרונאוטים

 

חיפוש מתחמים בהם ניתן יהיה לבנות בתי גידול על מאדים עשוי להפוך בקרוב ללהיט נדלני, וחוקרים באוניברסיטת אריזונה כבר עוסקים בחיפוש אחר נדל”ן שאסטרונאוטים עתידיים יוכלו להשתמש בו כבתי גידול. חוקרים במכללה  להנדסה  באוניברסיטה פיתחו טכנולוגיה שתאפשר ללהקה של רובוטים לחקור סביבות תת-קרקעיות בעולמות אחרים.

“צינורות לבה ומערות יהוו בתי גידול מושלמים לאסטרונאוטים כי לא צריך לבנות מבנה; הם יהיו מוגנים מפני קרינה קוסמית מזיקה, וכל מה שצריך זה להפוך אותן למקומות נעימים”, אמר וולפגנג פינק, פרופסור להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת אריזונה.

פינק הוא המחבר הראשי של מאמר חדש  בכתב העת Advances in Space Research,  המפרט רשת תקשורת שתקשר בין רוברים, נחתות ואפילו צוללות באמצעות מה שמכונה רשת טופולוגית, ותאפשר למכונות לעבוד יחד כצוות, ללא תלות בהוראות אנושיות. לדברי פינק ושותפיו למחברים, הגישה יכולה לעזור להתמודד עם אחד האתגרים הגדולים של טכנולוגיית החלל של נאס”א  ולסייע להתגבר על היכולת המוגבלת של הטכנולוגיה הנוכחית לחצות בבטחה סביבות על שביטים, אסטרואידים, ירחים וגופים פלנטריים. במחווה לאגדת הילדים “הנזל וגרטל”, החוקרים כינו את הרעיון שלהם, שממתין לפטנט, “רשת תקשורת בפריסה דינמית בסגנון פירורי לחם”, או DDCN.

אגדה מעוררת השראה לעתיד

“אם אתם זוכרים את הספר, אתם יודעים איך הנזל וגרטל הפילו פירורי לחם כדי לוודא שימצאו את דרכם חזרה”, אמר פינק, מייסד ומנהל המעבדה לחקר מערכות חקר חזותיות ואוטונומיות בקאלטק ובאוניברסיטת אריזונה. “בתרחיש שלנו, ‘פירורי הלחם’ הם חיישנים ממוזערים אותם  פורסים הרוברים  כשהם חוצים מערה או סביבה תת-קרקעית אחרת”.

תוך ניטור רציף של סביבתם ושמירה על מודעות למיקומם בחלל, הרוברים ממשיכים בכוחות עצמם, מחוברים זה לזה באמצעות חיבור נתונים אלחוטי, ופורסים צמתי תקשורת לאורך הדרך. ברגע שרובר חש שהאות דועך אך עדיין בטווח, הוא מציב צומת תקשורת, ללא קשר למרחק שעבר בפועל מאז שהציב את הצומת האחרון.

“אחד ההיבטים החדשים הוא מה שאנחנו מכנים פריסה אופורטוניסטית – הרעיון שאתה פורס את ‘פירורי הלחם’ כשאתה צריך ולא לפי לוח זמנים שתוכנן מראש”, אמר פינק.

כל אותו זמן, אין צורך בקלט מרובר האם; כל רובר כפוף יקבל את הקביעה הזו בכוחות עצמו, הוסיף פינק. המערכת יכולה לעבוד באחת משתי דרכים:. באחת מהן, רובר האם פועל כנמען פסיבי, ואוסף נתונים המועברים על ידי הרוברים המבצעים את החקירה. באחרת, רובר האם  משמש כמתזמר, ושולט במהלכי הרוברים כמו אמן בובות.

מכונות משתלטות

הרעיון החדש משתלב עם פרדיגמת הסיור הניתנת להרחבה שהומצאה על ידי פינק ועמיתיו בתחילת שנות ה-2000. רעיון זה מדמיין צוות של רובוטים הפועלים ברמות פיקוד שונות – למשל, חללית מקפת השולטת על בלימפ, אשר בתורו שולט על נחתת אחת או יותר או רוברים על הקרקע. כבר עכשיו, משימות חלל, חלקן בהשתתפות חוקרים מאוניברסיטת אריזונה,  אימצו את הרעיון הזה. לדוגמה, על מאדים, כך מתבצע הפיקוד על, המסוק הרובוטי  Ingenuity. רעיון למשימה אחרת, שבסופו של דבר לא נבחרה, הציע לשלוח מקפת נושאת בלון ונחתת אגם כדי לחקור את אחד הימים הפחמימנים על  טיטאן, אחד מירחיו  של שבתאי. גישת פירורי הלחם לוקחת את הרעיון צעד אחד קדימה על ידי מתן פלטפורמה חזקה המאפשרת לחוקרים רובוטיים לפעול מתחת לאדמה או אפילו שקועים בסביבות נוזליות. נחילים כאלה של רובוטים בודדים ואוטונומיים יכולים גם לסייע במאמצי החיפוש וההצלה בעקבות אסונות טבע על כדור הארץ, אמר פינק.

פינק אמר שהאתגר הגדול ביותר, מלבד להכניס את הרוברים לתוך הסביבה התת-קרקעית מלכתחילה, הוא לאחזר את הנתונים שהם מקליטים מתחת לאדמה ולהחזיר אותם לפני השטח. תפיסת ה-DDCN מאפשרת לצוות של רוברים לנווט אפילו בסביבות תת-קרקעיות מפותלות מבלי לאבד קשר עם  רובר האם  שלהם על פני השטח. מצוידים במערכת גילוי אור וטווח, או לידר, הם יכלו אפילו למפות מעברי מערות בכל שלושת הממדים, לא כמו הרחפנים שניתן לראות חוקרים חללית חייזרית בסרט “פרומתאוס”.

“לאחר הפריסה, החיישנים שלנו יוצרים באופן אוטומטי רשת רשת לא מכוונת, מה שאומר שכל צומת מעדכן את עצמו לגבי כל צומת סביבו”, אמר פינק, שפירט לראשונה את רעיון ה-DDCN בהצעה לנאס”א ב-2019.

“הם יכולים לעבור זה בין זה ולפצות על כתמים מתים ועל הפסקות חשמל של אותות”, הוסיף מארק טרבל, מחבר שותף של המאמר ומדען מחקר בכיר במעבדתו של פינק. “אפילו אם חלקם מתים, עדיין יש קישוריות דרך הצמתים הנותרים, כך שרובר האם לעולם לא מאבד את החיבור לצומת הרחוק ביותר ברשת”.

משימה של אל חזור

הרשת החזקה של צמתי התקשורת מבטיחה שכל הנתונים שנאספו על ידי החוקרים הרובוטיים יחזרו לרובר האם, לכן אין צורך לאחזר את הרובוטים לאחר שהם עשו את עבודתם, אמר פינק, שפרסם את הרעיון להשתמש בקבוצות של בדיקות משטח רובוטיות ניידות מתכלות כבר בשנת 2014.

“הם נועדו להיות מתכלים”, אמר. “במקום לבזבז משאבים כדי להכניס אותם למערה ולחזור  הגיוני יותר לגרום להם ללכת הכי רחוק שהם יכולים ולהשאיר אותם מאחור ברגע שהם מילאו את המשימה שלהם,  נגמר להם הכוח החשמלי או שהם נכנעו לסביבה עוינת”.

“לגישת רשת התקשורת שהוצגה במאמר החדש יש פוטנציאל לבשר על עידן חדש של  תגליות פלנטריות ואסטרוביולוגיות”, אמר דירק שולצה-מקוך, נשיא  האגודה האסטרוביולוגית הגרמנית  ומחברם של פרסומים רבים על חיים מחוץ לכדור הארץ. “זה סוף סוף מאפשר לנו לחקור את מערות צינור הלבה של מאדים ואת האוקיינוסים התת-קרקעיים של הירחים הקפואים – מקומות שבהם חיים מחוץ לכדור הארץ עשויים להיות נוכחים.”

הרעיון המוצע “טומן בחובו קסם”, לדברי ויקטור בייקר,  פרופסור להידרולוגיה ומדעי האטמוספירה, מדעים גיאו-מדעיים ומדעים פלנטריים באוניברסיטת אריזונה.  “התגליות המדהימות ביותר במדע מתרחשות כאשר ההתקדמות הטכנולוגית מספקת הן גישה בפעם הראשונה לדבר או למקום והן את האמצעים לשלוח את מה שמתגלה כך למוחות יצירתיים המחפשים הבנה”, אמר בייקר.

לחקור עולמות אוקיינוס נסתרים

במקומות שדורשים רובוטים צוללים, המערכת יכולה להיות מורכבת מנחתת צפה על אגם, כפי שקורה על טיטאן, או יושבת על הקרח מעל אוקיינוס תת-קרקעי כמו באירופה – ומחוברת לצוללת, למשל דרך כבל ארוך. כאן צמתי התקשורת יפעלו כמגברים, ויגבירו את האות במרווחי זמן קבועים כדי למנוע ממנו להתדרדר. חשוב מכך, ציין פינק, לצמתים יש את היכולות לאסוף נתונים בעצמם – למשל מדידת לחץ, מליחות, טמפרטורה ופרמטרים כימיים ופיזיקליים אחרים – ולשלוח את הנתונים דרך הכבל המתחבר בחזרה לנחתת.

“דמיינו שאתם עושים את כל הדרך לאירופה, אתם ממיסים את דרככם דרך קילומטרים של קרח, מגיעים עד לאוקיינוס התת-קרקעי, שם אתם מוצאים את עצמכם מוקפים בחיים חייזריים, אבל אין לכם שום דרך להחזיר נתונים לפני השטח”, אמר. “זה התרחיש שאנחנו צריכים להימנע ממנו”.

לאחר שפיתחה את הרוברים ואת טכנולוגיית התקשורת, הקבוצה של פינק עובדת כעת על בניית המנגנון בפועל שבאמצעותו הרוברים יפרסו את צמתי התקשורת.”בעיקרון, אנחנו הולכים ללמד את ה’הנסלים’ וה’גרטלים’ שלנו איך להפיל את פירורי הלחם כדי שהם יסתכמו ברשת תקשורת מתפקדת”, אמר פינק.

עוד בנושא באתר הידען:

• האנשים הראשונים במאדים יחיו במערות
• בהצלחה, ותזהרו מהדובים – על קרל סייגן, והתיישבות אנושית במאדים ונוגה
• חורים במאדים
• מדריך למטייל במאדים