Роботи-неваляшки та штучні кульбаби досліджуватимуть загадкові підземні тунелі Марса

Новий амбітний проєкт пропонує кардинально інший підхід до вивчення марсіанських надр, повідомляє видання Space.com. Замість важкої техніки вчені планують відправити під землю рій мініатюрних пристроїв. Це дозволить безпечно картографувати важкодоступні порожнини без ризику втратити дороге обладнання.

Чому традиційні марсоходи не підходять для дослідження печер?

Традиційні марсоходи, такі як Curiosity та Perseverance від NASA, виконують неймовірну роботу на поверхні Червоної планети. Однак вони занадто великі та громіздкі, щоб проникати у вузькі та небезпечні входи до підземних печер. Крім того, суворі умови на поверхні Марса, зокрема сильні вітри, створюють додаткові ризики для пошкодження дорогого обладнання. Саме тому величезні підземні тунелі планети досі залишаються практично недослідженими.

Тут варто пояснити, що таке лавові трубки. Простими словами, це гігантські природні підземні тунелі, які утворилися мільярди років тому під час виверження вулканів. Коли гаряча лава текла планетою, її верхній шар на холодному повітрі застигав і перетворювався на тверду кірку. Коли ж уся рідка лава витекла, всередині залишилися порожні гігантські коридори.

До слова! На Марсі ці тунелі вражають своїми масштабами: вони можуть простягатися на понад 1200 кілометрів (більше ніж 745 миль) і досягати завширшки понад 250 метрів (820 футів).

Проєкт очолює Мостафа Хассаналіан, доцент Технологічного університету Нью-Мексико. Його команда вирішила звернутися до біомімікрії, щоб подолати обмеження традиційних марсоходів. Біомімікрія – це підхід у науці та інженерії, коли люди підглядають ідеї у природи та копіюють механізми живих організмів (рослин чи тварин) для створення нових технологій. У цьому випадку вчені надихалися звичайною кульбабою та іграшкою-неваляшкою.

Запропонований сферичний робот-"неваляшка" має доставлятися на Марс і спускатися на парашуті через природний отвір у поверхні – так зване "світлове вікно" – безпосередньо всередину лавової трубки. Опинившись усередині, робот розгортається і випускає свій корисний вантаж – рій мікродронів.

Як саме крихітні дрони досліджуватимуть темні марсіанські печери?

Ці надлегкі літальні апарати, що імітують насіння кульбаби, дрейфуватимуть тунелями завдяки природним повітряним потокам або за допомогою вбудованого вентилятора на материнському роботі. Вони оснащені спеціальними датчиками для картографування тунелів, вимірювання температури, вологості та інших умов, а також передаватимуть зібрані дані назад за допомогою радіосигналів.

Дизайн цих пристроїв повністю скопійований з природи. Дрони пофарбують у білий колір, щоб вони відбивали сонячне світло, залишалися прохолоднішими та легшими, точно як справжнє насіння кульбаби. Але як живити техніку в абсолютній темряві печер, де сонячні панелі марні? Для цього вчені планують використовувати п'єзоелектричні матеріали. Це особливі речовини, які здатні виробляти електричний струм, коли їх стискають, згинають або піддають будь-якій іншій механічній деформації (наприклад, від коливань повітря чи вітру). Це дозволить дронам працювати навіть у повній темряві.

Вхід до підземної печери на схилі вулкана Pavonis Mons / Джерело: Pavonis Mons

Наразі команда тестує свою технологію в земних вулканічних печерах. Дослідники зазначають, що дальність зв'язку та енергоефективність маленьких дронів усе ще потребують додаткової оптимізації. До цього часу жоден створений людиною об'єкт не входив у марсіанську лавову трубку. Хоча гелікоптер NASA Ingenuity довів, що контрольований політ на Марсі можливий, цей апарат, який зараз уже завершив свою місію, ніколи не залітав у печерні системи.

Як автономні рої роботів та нові технології допомагають освоювати інші планети?

Ідея використання рою мікропристроїв для дослідження Марса перегукується з іншими передовими розробками у сфері робототехніки. Зокрема, як пише видання НВ, інженери з Корнелльського університету під керівництвом Кирстін Петерсен та Данни Ма створили революційну систему Cross-Link Collective. Це рой невеликих роботів (кожен модуль має довжину 20 сантиметрів та ширину 2 сантиметри), який здатний самоорганізовуватися в безперервні ланцюжки без жодного централізованого управління, поводячись подібно до текучої рідини. Завдяки механічному зчепленню за допомогою простих липучок, ці пристрої можуть спільно долати круті підйоми та перешкоди, що робить таку технологію надзвичайно перспективною для роботи в непередбачуваних умовах позаземних печер та лавових трубок.

Окрім розвідки підземних тунелів, науковці активно працюють над створенням автономних роботів-будівельників для майбутніх космічних баз. Як повідомляє інший матеріал видання НВ, команда студентів з Університету Вірджинії на чолі з головним конструктором Крейгом Калквартом розробила унікального 36-кілограмового робота для престижного конкурсу NASA Lunabotics. Цей апарат здатний автономно маневрувати, збирати складний за своїми фізичними властивостями місячний реголіт, який за консистенцією нагадує дитячу присипку, та будувати з нього захисні вали (берми). Такі споруди мають критичне значення для захисту майбутніх житлових модулів місії Artemis від космічної радіації, пилу під час посадки кораблів та екстремальних температур.

Ці технологічні прориви демонструють, що майбутнє підкорення як Місяця, так і Марса, буде нерозривно пов'язане з використанням високоадаптивних автономних систем. Поєднання ройового інтелекту для картографування важкодоступних порожнин та спеціалізованих роботів для підготовки інфраструктури на поверхні дозволить людству значно безпечніше та ефективніше закріпитися на інших небесних тілах.

Лавові трубки мають величезне значення для майбутніх місій. Вони можуть стати ідеальним місцем для майбутніх жител, оскільки забезпечують природний захист від радіації та різких перепадів температур на поверхні Марса. Деякі з них можуть містити замерзлий водяний лід, який можна використовувати для пиття та отримання кисню. Крім того, у цих печерах можуть зберігатися сліди стародавнього мікробного життя.

NASA раніше заявляло про свій інтерес до дослідження гори Арсія (Arsia Mons) – щитового вулкана в марсіанському регіоні Фарсида (Tharsis). Цей регіон також включає Олімп (Olympus Mons) – найбільший відомий вулкан у Сонячній системі. Гора Арсія викликає особливий інтерес, оскільки NASA зафіксувало зображення "світлових вікон" у цьому районі – входів до печер, які ведуть у величезні мережі підземних тунелів. З огляду на те, що перші пілотовані місії на Марс попередньо заплановані на 2030-ті роки, цей рій дронів, натхненних природою, може допомогти детально картографувати регіон заздалегідь.

Розробка концепції робота-"неваляшки" та рою мікродронів є надзвичайно важливим кроком для майбутнього освоєння космосу. Вона демонструє, як прості та витончені рішення, запозичені у земної природи, можуть допомогти подолати складні інженерні виклики на інших планетах. Використання біомімікрії дозволяє створювати легкі, енергоефективні та стійкі системи для роботи в екстремальних умовах.

Успішне картографування марсіанських лавових трубок за допомогою цієї технології може повністю змінити підхід до планування майбутніх пілотованих місій. Замість будівництва дорогих і складних наземних баз, астронавти зможуть використовувати природні підземні укриття, які надійно захистять їх від радіації та суворого клімату Червоної планети.

Крім того, дослідження цих недоторканих печер дасть науці унікальну можливість зазирнути в геологічне минуле Марса. Виявлення замерзлої води або навіть слідів давнього життя в лавових трубках стане одним із найбільших відкриттів в історії людства, що кардинально змінить наше розуміння еволюції планет та можливості існування життя за межами Землі.

Як дослідження печер у долині Гебрус та випробування автономних роботів наближають нас до підкорення Марса?

Інтерес до підземного світу Червоної планети стрімко зростає, адже саме там можуть ховатися докази існування позаземного життя. Раніше науковці виявили вісім унікальних утворень у регіоні Hebrus Valles, які, на відміну від більшості відомих порожнин, мають водне, а не вулканічне походження. Ці марсіанські печери можуть ховати ознаки минулого життя, оскільки вода та захищеність від нищівної сонячної радіації створювали там сприятливі умови для збереження стародавніх мікроорганізмів.

Оскільки традиційні колісні ровери занадто повільні та нездатні долати складний рельєф, акцент зміщується на автономність та нові типи конструкцій. Зокрема, фахівці вже випробували напівавтономних роботів для дослідження Місяця та Марса, які здатні самостійно приймати рішення та прокладати маршрути без постійного контролю із Землі. Одним із найперспективніших прототипів став чотириногий робот ANYmal D, який завдяки крокуючій платформі та маніпулятору DynaArm може досліджувати важкодоступні схили та кратери утричі швидше за звичайні апарати.