خدعة فتات الخبز يلهم هانسيل وجريتل الاستكشاف الآلي للكهوف على سطح المريخ وخارجه
طور مهندسون من جامعة أريزونا نظامًا يسمح للمركبات ذاتية القيادة بمسح الموائل الموجودة تحت الأرض بحثًا عن رواد الفضاء
قد يصبح البحث عن مركبات يمكن بناء موائلها على سطح المريخ بمثابة نجاح عقاري قريبًا، وقد بدأ الباحثون في جامعة أريزونا بالفعل في العمل أبحث عن العقارات أن رواد الفضاء في المستقبل يمكن أن يستخدموها كموائل. طور باحثون في كلية الهندسة بالجامعة تكنولوجيا ستسمح لمجموعة من الروبوتات باستكشاف البيئات الجوفية في عوالم أخرى.
"ستكون أنابيب الحمم البركانية والكهوف موائل مثالية لرواد الفضاء لأنك لا تحتاج إلى بناء هيكل؛ وستكون محمية من الإشعاعات الكونية الضارة، وكل ما هو مطلوب هو جعلها أماكن ممتعة". وولفجانج فينك، أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في جامعة أريزونا.
فينك هو المؤلف الرئيسي ل شرط الجديد في المجلة التقدم في أبحاث الفضاء، والتي تحدد شبكة اتصالات ستتواصل بين المركبات الجوالة ومركبات الهبوط وحتى الغواصات باستخدام ما يعرف بالشبكة الطوبولوجية، وستسمح للآلات بالعمل معًا كفريق واحد، بشكل مستقل عن التعليمات البشرية. ووفقا لفينك والمؤلفين المشاركين، فإن هذا النهج يمكن أن يساعد في التعامل مع أحد هذه الحالات التحديات الكبرى لتكنولوجيا الفضاء وكالة ناسا والمساعدة في التغلب على القدرة المحدودة للتكنولوجيا الحالية على اجتياز البيئات بأمان على المذنبات والكويكبات والأقمار والأجرام الكوكبية. تكريمًا لحكاية الأطفال الخيالية "هانسيل وجريتل"، أطلق الباحثون على فكرتهم التي تنتظر الحصول على براءة اختراع اسم "شبكة اتصالات النشر الديناميكية على طراز مسار التنقل" أو DDCN.
أسطورة ملهمة للمستقبل
قال فينك، المؤسس والمدير: "إذا كنت تتذكر الكتاب، فأنت تعرف كيف قام هانسيل وجريتيل بإسقاط فتات الخبز للتأكد من أنهما وجدا طريق عودتهما". مختبر لدراسة أنظمة البحث البصرية والمستقلة في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، وجامعة أريزونا. "في السيناريو الخاص بنا، "فتات الخبز" عبارة عن أجهزة استشعار مصغرة تنشرها المركبات الجوالة عند عبور كهف أو أي بيئة أخرى تحت الأرض."
من خلال مراقبة بيئتهم باستمرار والحفاظ على الوعي بموقعهم في الفضاء، تستمر المركبات الجوالة في العمل بمفردها، وتتصل ببعضها البعض عبر اتصال بيانات لاسلكي، وتنشر عقد الاتصال على طول الطريق. بمجرد أن تشعر المركبة الفضائية بأن الإشارة تتلاشى ولكنها لا تزال في النطاق، فإنها تضع عقدة اتصال، بغض النظر عن المسافة الفعلية المقطوعة منذ آخر مرة وضعت فيها العقدة.
وقال فينك: "أحد الجوانب الجديدة هو ما نسميه النشر الانتهازي - فكرة نشر "مسارات التنقل" عندما تحتاج إليها وليس وفقًا لجدول زمني مخطط مسبقًا".
طوال الوقت، لا حاجة لأي مدخلات من اللوحة الأم؛ وأضاف فينك أن كل مركبة تابعة ستتخذ هذا القرار بنفسها. ويمكن للنظام أن يعمل بإحدى الطريقتين التاليتين: في إحداها، تعمل المركبة الأم كمستقبل سلبي، وتقوم بجمع البيانات المرسلة من قبل المركبة الجوالة التي تقوم بالتحقيق. وفي حالة أخرى، تعمل العربة الجوالة الأم كمنسقة، وتتحكم في حركات العربتين الجوالتين مثل محرك الدمى.
الآلات تتولى المهمة
الفكرة الجديدة تتناسب مع النموذج اخترعت الجولة القابلة للتوسيع بواسطة فينك وزملاؤه في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. تتصور هذه الفكرة فريقًا من الروبوتات يعمل على مستويات مختلفة من القيادة - على سبيل المثال، مركبة فضائية بوصلة تتحكم في منطاد، والذي بدوره يتحكم في واحدة أو أكثر من مركبات الهبوط أو المركبات الجوالة على الأرض. وبالفعل، فقد تبنت البعثات الفضائية، التي شارك في بعضها باحثون من جامعة أريزونا، هذه الفكرة. على سبيل المثال، على كوكب المريخ، هذه هي الطريقة التي يتم بها قيادة المروحية الآلية Ingenuity. اقترحت فكرة لمهمة أخرى، والتي لم يتم اختيارها في النهاية، إرسال مركبة هبوط تحمل بالونًا ومركبة هبوط على البحيرة لاستكشاف أحد البحار الهيدروكربونية على تيتان، أحد أقمار زحل. يأخذ نهج مسار التنقل الفكرة خطوة أخرى إلى الأمام من خلال توفير منصة قوية تسمح للمستكشفين الآليين بالعمل تحت الأرض أو حتى مغمورين في البيئات السائلة. وقال فينك إن مثل هذه الأسراب من الروبوتات الفردية المستقلة يمكن أن تساعد أيضًا في جهود البحث والإنقاذ في أعقاب الكوارث الطبيعية على الأرض.
وقال فينك إن التحدي الأكبر، إلى جانب إدخال المركبات الجوالة إلى البيئة تحت الأرض في المقام الأول، هو استرجاع البيانات التي يسجلونها تحت الأرض وإعادتها إلى السطح. يسمح مفهوم DDCN لطاقم المركبات الجوالة بالتنقل حتى في البيئات المعقدة تحت الأرض دون فقدان الاتصال بالمركبة الأم على السطح. وهي مجهزة بنظام كشف الضوء وتحديد المدى، أو "ليدار"، ويمكنها أيضًا رسم خريطة لممرات الكهف في جميع الأبعاد الثلاثة، وليس مثل الطائرات بدون طيار التي شوهدت وهي تستكشف سفينة فضائية غريبة في فيلم "بروميثيوس".
قال فينك، الذي قام بتفصيل فكرة DDCN لأول مرة في اقتراح ناسا لعام 2019: "بمجرد نشرها، تقوم أجهزة الاستشعار الخاصة بنا تلقائيًا بإنشاء شبكة شبكية غير موجهة، مما يعني أن كل عقدة تقوم بتحديث نفسها بشأن كل عقدة حولها".
وأضاف: "يمكنهم المرور بين بعضهم البعض وتعويض النقاط الميتة وانقطاع التيار الكهربائي للإشارات". مارك تريبل، مؤلف مشارك في الورقة وعالم أبحاث كبير في مختبر فينك. "حتى لو مات بعضها، فلا يزال هناك اتصال من خلال العقد المتبقية، وبالتالي فإن المركبة الأم لا تفقد الاتصال أبدًا بأبعد عقدة في الشبكة."
مهمة اللاعودة
وقال فينك، الذي نشر فكرة استخدام المجموعات، إن الشبكة القوية لعقد الاتصال تضمن إعادة جميع البيانات التي جمعها المستكشفون الآليون إلى المركبة الأم، لذلك ليست هناك حاجة لاسترداد الروبوتات بعد قيامهم بعملهم. من تحقيقات السطح الروبوتية المتنقلة القابلة للتحلل في عام 2014.
وقال "من المفترض أن تكون قابلة للتحلل الحيوي". "بدلاً من إهدار الموارد لإدخالهم إلى الكهف والعودة، فمن المنطقي أن نجعلهم يذهبون إلى أبعد ما يستطيعون ويتركونهم وراءهم بمجرد الانتهاء من مهمتهم، أو نفاد الطاقة الكهربائية أو الاستسلام لبيئة معادية. "
وقال: "إن نهج شبكة الاتصالات المقدم في الورقة الجديدة لديه القدرة على الإعلان عن حقبة جديدة من الاكتشافات الكوكبية والبيولوجية الفلكية". ديرك شولز-ماكوتش، رئيس الجمعية الألمانية لعلم الأحياء الفلكي ومؤلف العديد من المنشورات حول الحياة خارج كوكب الأرض. "يسمح لنا هذا أخيرًا باستكشاف كهوف أنبوب الحمم البركانية في المريخ والمحيطات الموجودة تحت سطح الأقمار الجليدية - وهي الأماكن التي قد توجد فيها حياة خارج كوكب الأرض."
وقال إن الفكرة المقترحة "تحتوي على سحر". فيكتور بيكر، أستاذ الهيدرولوجيا وعلوم الغلاف الجوي وعلوم الأرض وعلوم الكواكب في جامعة أريزونا. وقال بيكر: "إن أكثر الاكتشافات المدهشة في العلوم تحدث عندما يوفر التقدم التكنولوجي إمكانية الوصول لأول مرة إلى شيء أو مكان والوسائل لإرسال ما يتم اكتشافه إلى العقول المبدعة التي تسعى إلى الفهم".
اكتشف عوالم المحيط المخفية
وفي الأماكن التي تتطلب روبوتات تحت الماء، يمكن أن يتكون النظام من مركبة هبوط عائمة على بحيرة، كما هو الحال في تيتان، أو جالسة على الجليد فوق محيط تحت الأرض كما في أوروبا - ومتصلة بالغواصة، على سبيل المثال من خلال طريق طويل. كابل. هنا ستعمل عقد الاتصال كمكبرات صوت، مما يعزز الإشارة على فترات منتظمة لمنعها من التدهور. والأهم من ذلك، كما أشار فينك، أن العقد لديها القدرة على جمع البيانات بنفسها - على سبيل المثال قياس الضغط والملوحة ودرجة الحرارة وغيرها من العوامل الكيميائية والفيزيائية - وإرسال البيانات عبر الكابل الذي يتصل مرة أخرى بمركبة الهبوط.
وقال: "تخيل أنك قطعت كل الطريق إلى أوروبا، وقمت بإذابة طريقك عبر أميال من الجليد، وتصل إلى المحيط الجوفي، حيث تجد نفسك محاطًا بحياة غريبة، ولكن ليس لديك طريقة لإعادة البيانات إلى السطح". . "هذا هو السيناريو الذي يجب أن نتجنبه."
وقال فينك: "بعد تطوير المركبات الجوالة وتكنولوجيا الاتصالات، تعمل مجموعة فينك الآن على بناء الآلية الفعلية التي ستنشر بها المركبات الجوالة عقد الاتصال".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 3
لين
يبدو لي أن أول من يحتاج إلى التغيير هو أنت..
حفنة من الحمقى، كل هؤلاء مستكشفي الفضاء والرأسماليين ينفقون الأموال على الجياع والمرضى في غرف المنزل لتعزيز الاستعمار في مجال آخر؟؟ لدينا كرة جميلة تمنح الحياة المحبة هنا بنعمة، فبدلاً من القلق بشأن الوحدة، يجب على الكرة أن تحل المصاعب التي حلت بالإنسان من الفظائع ضد الطبيعة والإنسانية، والدول المجاعة، والإبادة الجماعية، والاختطاف، والصناعات الجنسية. ماذا نفعل؟ وكل ذلك من أموال الجميع من الربا واللعب بالمال وبيع الزبالة لشخص. يصنعون لنا ماكينة نقد أو نثري من آلات طباعة النقود ويتحولون إلى الأذى.. الإنسان يحتاج إلى أن يتحد. فهل تبحث عن منزل جديد بدلاً من ذلك؟ وماذا سيكون هذا العقار للنخبة؟؟ بعد كل شيء، أي نوع من النخبة يريد أن يعيش في كهف ؟؟؟؟ ؟ إذن لمن سيتم استخدامه؟ والجوع لن يكون هناك؟ والقتل والطبقات لن تتطور؟ أرى الكثير من الجثث هناك، وبالنسبة لأولئك الذين ينظرون بعناية، فهي منطقة مقفرة محتلة قُتل فيها الجميع، وهذا ما سيحدث لإسرائيل أيضًا. إذا استمروا على هذا المنوال. إن من يستطيع قهر الإنسان بهذه الطريقة ليس سوى ثقافة غريبة قاسية. نحن غذاء للكائنات الأخرى.استيقظ. حماية المنزل التغيير فقط في الإنسان والوحدة العالمية. ومنع الفتحات في الدفاع عن الكرة. هناك من يحمينا هنا من الكارثة في الخارج هناك من يضر بهذه الحماية !!!! استيقظ.
ويبدو أن القيد الرئيسي سيكون عمر البطارية لتزويد الروبوتات بالطاقة، حيث أن الشمس لا تشرق في هذه الأنفاق، لذلك إذا لم يضيفوا روبوت شحن إلى روبوتات الدوريات ومحطات الترحيل، فإن يجب أن تتم المهمة بسرعة كبيرة، ولن تتمكن من الوصول إلى مسافات كبيرة، ولن تقوم بنشر عدد كبير جدًا من محطات الترحيل على أي حال. ستكون أحجام البطاريات وأوزانها عاملاً قاسياً من حيث التكلفة/الفائدة لإرسالها وعملها على المريخ.