La superficie di Europa, una delle quattro lune di Giove, costituisce un formidabile nemico. Prima di tutto, è avvolto in una spessa buccia di ghiaccio, lacerata in grandi abissi dalla massiccia attrazione gravitazionale di Giove. Poi c'è la gravità superficiale estremamente bassa e i canyon di ghiaccio trasparenti e scivolosi. Ma sotto tutto quel ghiaccio, si pensa che Europa abbia anche un oceano di liquido che potrebbe sostenere la vita, rendendolo un obiettivo primario per la nostra prossima esplorazione approfondita del sistema solare.
Contenuto relativo
- Quando gli umani iniziano a colonizzare altri pianeti, chi dovrebbe essere responsabile?
- Le prove aumentano per i geyser ghiacciati che scoppiano su Europa
- Possiamo salvare Marte da noi stessi?
In che modo la NASA supererà questa sfida insidiosa? Certamente non può mandare un rover a ruote come Sojourner, che ha fatto un grande balzo in avanti per robotkind quando ha attraversato per la prima volta Marte Ares Valles nel 1996. Invece, la NASA sta cercando di eliminare quelle ruote un tempo rivoluzionarie e reimmaginare come la prossima generazione di robot esplorerà gli asteroidi e i freddi mondi esterni del Sistema Solare nei prossimi decenni.
Immettere: LEMUR.
Attualmente pesa circa 75 libbre, questo rover di nuova generazione è una frazione delle dimensioni di Curiosity di Marte, che registra quasi una tonnellata. Le sue dimensioni da sole allargano i confini dell'abilità robotica, ma se mai verrà schierata, dovrà fare di più. Il rover delle dimensioni di una pinta dovrà resistere a temperature estreme e condizioni magnetiche; navigare su qualsiasi superficie; e farlo abbastanza a lungo per raccogliere dati significativi con alcuni dei più leggeri e intelligenti strumenti di scienze spaziali mai costruiti.
Spetta al compito?
Tre generazioni di rover Mars della NASA dal 1997 al 2012, fotografate all'interno del Mars Yard presso il Jet Propulsion Lab di Pasadena, California: riserva di volo per Sojourner (anteriore), test rover Mars Exploration Rover Project (sinistra) e test rouri Curiosity (destra) . (NASA / JPL-Caltech) Certo, il robot LEMUR - un acronimo di "robot di utilità meccanica di escursione agli arti" - non è carino come le specie dalla coda spalancata e con gli occhi spalancati rese popolari dal Madagascar di Dreamworks . Piuttosto, il robot prende il nome dall'ambidexterity del vero mammifero. Inizialmente destinato a essere un robot di riparazione per le missioni sulla luna con equipaggio, il rover è stato riprogettato per l'esplorazione della microgravità delle superfici verticali e invertite di canyon e grotte.
"[I Lemuri] usano sia le mani che i piedi per la mobilità e la manipolazione", spiega Aaron Parness, leader del gruppo di robotica per ambienti estremi presso il Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA. "Anche se il nostro robot non ha braccia e gambe distinte, è simile a una scimmia o un lemure in quanto può usare i suoi piedi per fare le cose in modo molto più efficiente di quanto possano fare gli umani."
Per garantire che il robot possa muoversi in ambienti anche più strani di quelli che si trovano su Marte, il gruppo di Parness ha creato quello che potrebbe essere chiamato un "chimerobot": un robot che attinge alle capacità di molti diversi animali terrestri. Con i suoi arti protettivi e i suoi piedi simili a quelli di una pagaia, LEMUR evoca un ragno o una stella marina, usando le sue appendici per strisciare e aggrapparsi a superfici trasparenti.
I quattro arti del robot sono dotati di "piedini" intercambiabili circolari che possono essere sostituiti con attacchi con diverse funzioni, stile coltellino svizzero, per aiutarlo ad attraversare una varietà di superfici. I piedi per arrampicata su roccia presentano una serie di piccoli ganci in acciaio affilati come rasoi, noti come microspine, per afferrare le superfici ruvide delle rocce abbastanza saldamente da consentire a un piede di sostenere l'intero peso del robot. Per le superfici lisce, come gli scafi esterni delle stazioni spaziali o dei satelliti, LEMUR aderisce a piedi appiccicosi simili a gechi.
Di recente, i ricercatori hanno portato una delle "mani" di LEMUR in Antartide per testare un nuovo e potenzialmente cruciale attaccamento: trapani a ghiaccio a vite. Quando Parness e il suo team sono pronti a testare il loro hardware, "cercano i posti più difficili che possiamo trovare", ha detto Parness. “Dobbiamo trovare il giusto equilibrio tra avere l'ambiente giusto, ma anche non essere così remoti che è follemente costoso e impossibile raggiungere la squadra lì. L'Antartide era al limite. "
Per fare ciò, hanno invitato Aaron Curtis, un geografo-diventato-vulcanologo-diventato-robotico che ha trascorso diverse estati nell'estremo sud del continente, strisciando attorno a tunnel ghiacciati formati dal Monte Erebus, il vulcano attivo più meridionale della Terra. Con temperature estive medie che scendono a -22 gradi Fahrenheit, il vulcano, le formazioni di ghiaccio che crea e il suo lago di lava in piedi rappresentano un discreto indicatore delle condizioni che un vagabondo con le gambe potrebbe incontrare su lune ghiacciate come Europa o Encelado.
Aaron Curtis ha viaggiato in Antartide lo scorso dicembre, dove ha testato robot e strumenti progettati per mondi ghiacciati come Europa. (Nial Peters) Come ricercatore associato all'Osservatorio del vulcano Erebus per sei degli ultimi sette anni, Curtis ha tracciato la topografia del ghiaccio che circonda il vulcano. I suoi interessi particolari erano sotto la superficie, nelle grotte e nei tunnel fusi nel ghiaccio da gas che sfuggivano alle fessure del vulcano. Trovare luoghi in cui i tunnel collegati all'esterno era talvolta semplice come trovare un imponente “camino di ghiaccio”, strutture alte un metro formate da gas in fuga. Altre volte questo significava trovare accessi nelle caverne facendo cadere accidentalmente una motoslitta in un buco nascosto nel terreno.
Dopo aver trascorso quattro anni a mappare una grotta in 3-D per osservare i suoi cambiamenti nel tempo, Curtis si trovò ripetutamente ad affrontare le stesse sfide più e più volte. Innanzitutto, il suo team non è stato in grado di raggiungere determinate aree perché erano troppo tossici per l'esplorazione umana. In secondo luogo, temevano che la loro presenza umana potesse inavvertitamente contaminare l'ambiente raro con i microbi introdotti. Queste due preoccupazioni lo hanno portato a considerare l'utilità degli esploratori robotici.
"Se avessimo un robot in grado di aggirare il ghiaccio, potremmo esplorare grotte microbicamente sensibili e piene di gas", afferma Curtis. Il suo armeggiare con il robot del ghiaccio finì per essere una buona scelta per il lavoro già in corso alla JPL, a cui si unì come robotico lo scorso ottobre.
Si scopre che le microspine tendono a distruggere il ghiaccio invece di afferrarle, poiché l'attacco è progettato per spremere le spine sulla roccia per ottenere l'acquisto. Quindi Curtis ha progettato un accessorio che utilizzava piccoli trapani per scavare una superficie ghiacciata.
Il design originale si è intasato di ghiaccio, dice Curtis, quindi si è rivolto a qualcosa che gli appassionati di ghiaccio umano hanno fiducia nelle loro vite: viti da ghiaccio pronte all'uso. Sono vuoti, consentendo il passaggio del ghiaccio invece di accumularsi dietro l'estremità di perforazione e consentirebbero anche a LEMUR di produrre e raccogliere campioni di ghiaccio mentre si insinua lentamente.
I prossimi test sul mondo del ghiaccio probabilmente si svolgeranno sui ghiacciai in cima al Monte Rainier a Washington, con il telaio LEMUR completo e non solo un attacco del piede senza corpo. Ma Parness ha affermato che la capacità di testare le capacità di campionamento sottolinea anche un altro obiettivo chiave dell'intero processo di sviluppo.
"Con i test sul campo, cerchiamo sempre di raggiungere due obiettivi: dimostrare le tecnologie per un uso futuro, ma anche fare scienza significativa in quel luogo", afferma. In altre parole, non solo i test LEMUR ci aiutano a capire eventualmente i crio-vulcani su altri corpi; "Questo ci avvantaggia anche sulla Terra", afferma Parness.
LEMUR si allena nel laboratorio di Aaron Parness presso JPL durante un recente test. (NASA / JPL-Caltech) Per oltre 35 anni, Penelope Boston ha cercato la vita microbica e i suoi indicatori in ambienti estremi, come nella Cueva de Villa Luz imbevuta di acido solforico a Tabasco, in Messico. Nel suo precedente ruolo di direttore degli studi sulle caverne e sul carsismo presso il New Mexico Institute of Mining and Technology, dove ha studiato i processi di invecchiamento ed erosione di grotte sotterranee e doline, Boston ha diretto Parness verso luoghi in cui il suo team e LEMUR potevano imparare cosa cercare, e come cercarlo.
"Ho aiutato il team di Aaron a capire quali potrebbero essere gli indizi sottili che potrebbero indicare possibili depositi microbici o minerali di interesse da ispezionare da parte di LEMUR", ha dichiarato Boston, che ora guida l'Astrobiology Institute della NASA, tramite e-mail.
Il menu di possibilità, ha aggiunto, è rappresentato da schemi lasciati indietro o dentro formazioni rocciose da processi biologici, come trame che mostrano che i microrganismi sono stati al lavoro per trasformare la roccia fresca o i depositi minerali. Sulla Terra, tale prova esiste in luoghi come la Grotta di Lechugilla nel New Mexico, dove si pensa che i batteri che si nutrono di zolfo, ferro e manganese abbiano avuto un ruolo nel modellare le grotte e le spettacolari formazioni di pietre lì.
Gli indizi lasciati dalla vita microbica di solito non sono così evidenti. Ma testando una varietà di strumenti su resti microbici sia vivi che fossili, robot come LEMUR possono far luce su come vivevano questi microbi, modellando i loro ambienti e morendo.
Parte della sfida è assicurarsi che gli strumenti siano abbastanza piccoli da essere mobili. Quindi, oltre a testare l'hardware, Parness e il suo team hanno lavorato con partner universitari per sviluppare strumenti di analisi e telerilevamento miniaturizzati. L'idea è che LEMUR potrebbe indossarli sulla pancia o come uno zaino, mappando una grotta o un terreno in 3D con lidar, gascromatografia, alla ricerca di molecole organiche e ricche di carbonio con un piccolo spettrometro a infrarossi vicini.
"[Aaron] Il gruppo di Parness sta esplorando le possibilità di dotare LEMUR di riconoscimento dei modelli e apprendimento automatico per aiutarla a vedere come un essere umano", ha detto Boston. "La paleobiologia può spesso essere molto sottile e sottile, e le potenziate capacità visive e di interpretazione che i robot possono portare sul tavolo sono strumenti potenzialmente immensamente potenti per aiutarci a vedere e comprendere meglio la paleobiologia."
Aaron Curtis, uno studioso post dottorato presso la JPL, in cima al Monte Antartide. Erebus, il vulcano attivo più meridionale della terra. (Dylan Taylor) Secondo il budget federale proposto dalla Casa Bianca, i finanziamenti per la missione di reindirizzamento degli asteroidi, il programma in cui è più probabile che venga utilizzato LEMUR, verrebbero eliminati. Tuttavia, Parness e il suo team sono stati indirizzati a continuare il loro lavoro su LEMUR. Alla fine del 2017, Parness tornerà nell'area del Titus Canyon nella Death Valley, dove ha già testato LEMUR, fermandosi in estate nei tubi di lava nel New Mexico.
Lì, le alghe fossilizzate di 500 milioni di anni fanno da analogia a potenziali resti antichi altrove, ma gli ingegneri devono assicurarsi che LEMUR possa vederli. "Se stiamo cercando di cercare la vita sulle pareti rocciose di Marte o di altri pianeti, dovremmo cercare le tracce più antiche della vita sulla Terra e testare i nostri strumenti lì", afferma Parness. "Se non riusciamo a rilevare la vita sul nostro pianeta, cosa ci dà la sicurezza che saremo in grado di trovarla in un campione più vecchio e più duro?"
