Роботы-неваляшки и искусственные одуванчики будут исследовать загадочные подземные тоннели Марса

Новый амбициозный проект предлагает кардинально иной подход к изучению марсианских недр, сообщает издание Space.com. Вместо тяжелой техники ученые планируют отправить под землю рой миниатюрных устройств. Это позволит безопасно картографировать труднодоступные полости без риска потерять дорогостоящее оборудование.

Актуально Поиски жизни на Марсе – ученые исследуют пещеры, которые могла образовать вода

Почему традиционные марсоходы не подходят для исследования пещер?

Традиционные марсоходы, такие как Curiosity и Perseverance от NASA, выполняют невероятную работу на поверхности Красной планеты. Однако они слишком большие и громоздкие, чтобы проникать в узкие и опасные входы в подземные пещеры. Кроме того, суровые условия на поверхности Марса, в частности сильные ветры, создают дополнительные риски для повреждения дорогостоящего оборудования. Именно поэтому огромные подземные тоннели планеты до сих пор остаются практически неисследованными.

Здесь стоит объяснить, что такое лавовые трубки. Простыми словами, это гигантские природные подземные туннели, которые образовались миллиарды лет назад во время извержения вулканов. Когда горячая лава текла по планете, ее верхний слой на холодном воздухе застывал и превращался в твердую корку. Когда же вся жидкая лава вытекла, внутри остались пустые гигантские коридоры.

К слову! На Марсе эти тоннели поражают своими масштабами: они могут простираться более чем на 1200 километров (более 745 миль) и достигать в ширину более 250 метров (820 футов).

Проект возглавляет Мостафа Хассаналиан, доцент Технологического университета Нью-Мексико. Его команда решила обратиться к биомимикрии, чтобы преодолеть ограничения традиционных марсоходов. Биомимикрия – это подход в науке и инженерии, когда люди подглядывают идеи у природы и копируют механизмы живых организмов (растений или животных) для создания новых технологий. В этом случае ученые вдохновлялись обычным одуванчиком и игрушкой-неваляшкой.

Предложенный сферический робот-"неваляшка" должен доставляться на Марс и спускаться на парашюте через естественное отверстие в поверхности – так называемое "световое окно" – непосредственно внутрь лавовой трубки. Оказавшись внутри, робот разворачивается и выпускает свой полезный груз – рой микродронов.

Как именно крошечные дроны будут исследовать темные марсианские пещеры?

Эти сверхлегкие летательные аппараты, имитирующие семена одуванчика, будут дрейфовать по туннелям благодаря естественным воздушным потокам или с помощью встроенного вентилятора на материнском роботе. Они оснащены специальными датчиками для картографирования туннелей, измерения температуры, влажности и других условий, а также будут передавать собранные данные обратно с помощью радиосигналов.

Дизайн этих устройств полностью скопирован с природы. Дроны покрасят в белый цвет, чтобы они отражали солнечный свет, оставались прохладнее и легче, точно как настоящие семена одуванчика. Но как питать технику в абсолютной темноте пещер, где солнечные панели бесполезны? Для этого ученые планируют использовать пьезоэлектрические материалы. Это особые вещества, которые способны вырабатывать электрический ток, когда их сжимают, сгибают или подвергают любой другой механической деформации (например, от колебаний воздуха или ветра). Это позволит дронам работать даже в полной темноте.

Вход в подземную пещеру на склоне вулкана Pavonis Mons / Источник: Pavonis Mons

Сейчас команда тестирует свою технологию в земных вулканических пещерах. Исследователи отмечают, что дальность связи и энергоэффективность маленьких дронов все еще нуждаются в дополнительной оптимизации. До сих пор ни один созданный человеком объект не входил в марсианскую лавовую трубку. Хотя вертолет NASA Ingenuity доказал, что контролируемый полет на Марсе возможен, этот аппарат, который сейчас уже завершил свою миссию, никогда не залетал в пещерные системы.

Актуально Новые роботы способны искать следы жизни без управления с Земли

Как автономные рои роботов и новые технологии помогают осваивать другие планеты?

Идея использования роя микроустройств для исследования Марса перекликается с другими передовыми разработками в сфере робототехники. В частности, как пишет издание НВ, инженеры из Корнелльского университета под руководством Кирстин Петерсен и Данни Ма создали революционную систему Cross-Link Collective. Это рой небольших роботов (каждый модуль имеет длину 20 сантиметров и ширину 2 сантиметра), который способен самоорганизовываться в непрерывные цепочки без всякого централизованного управления, ведя себя подобно текучей жидкости. Благодаря механическому сцеплению с помощью простых липучек, эти устройства могут совместно преодолевать крутые подъемы и препятствия, что делает такую технологию чрезвычайно перспективной для работы в непредсказуемых условиях внеземных пещер и лавовых трубок.

Кроме разведки подземных тоннелей, ученые активно работают над созданием автономных роботов-строителей для будущих космических баз. Как сообщает другой материал издания НВ, команда студентов из Университета Вирджинии во главе с главным конструктором Крейгом Калквартом разработала уникального 36-килограммового робота для престижного конкурса NASA Lunabotics. Этот аппарат способен автономно маневрировать, собирать сложный по своим физическим свойствам лунный реголит, который по консистенции напоминает детскую присыпку, и строить из него защитные валы (бермы). Такие сооружения имеют критическое значение для защиты будущих жилых модулей миссии Artemis от космической радиации, пыли во время посадки кораблей и экстремальных температур.

Эти технологические прорывы демонстрируют, что будущее покорение как Луны, так и Марса, будет неразрывно связано с использованием высокоадаптивных автономных систем. Сочетание роевого интеллекта для картографирования труднодоступных полостей и специализированных роботов для подготовки инфраструктуры на поверхности позволит человечеству значительно безопаснее и эффективнее закрепиться на других небесных телах.

Актуально Робот ANYmal для Марса и Луны предлагает гораздо лучшую скорость исследования

Лавовые трубки имеют огромное значение для будущих миссий. Они могут стать идеальным местом для будущих жилищ, поскольку обеспечивают естественную защиту от радиации и резких перепадов температур на поверхности Марса. Некоторые из них могут содержать замерзший водяной лед, который можно использовать для питья и получения кислорода. Кроме того, в этих пещерах могут храниться следы древней микробной жизни.

NASA ранее заявляло о своем интересе к исследованию горы Арсия (Arsia Mons) – щитового вулкана в марсианском регионе Фарсида (Tharsis). Этот регион также включает Олимп (Olympus Mons) – самый большой известный вулкан в Солнечной системе. Гора Арсия вызывает особый интерес, поскольку NASA зафиксировало изображения "световых окон" в этом районе – входов в пещеры, которые ведут в огромные сети подземных туннелей. Учитывая то, что первые пилотируемые миссии на Марс предварительно запланированы на 2030-е годы, этот рой дронов, вдохновленных природой, может помочь детально картографировать регион заранее.

Разработка концепции робота-"неваляшки" и роя микродронов является чрезвычайно важным шагом для будущего освоения космоса. Она демонстрирует, как простые и изящные решения, заимствованные у земной природы, могут помочь преодолеть сложные инженерные вызовы на других планетах. Использование биомимикрии позволяет создавать легкие, энергоэффективные и устойчивые системы для работы в экстремальных условиях.

Успешное картографирование марсианских лавовых трубок с помощью этой технологии может полностью изменить подход к планированию будущих пилотируемых миссий. Вместо строительства дорогостоящих и сложных наземных баз, астронавты смогут использовать естественные подземные укрытия, которые надежно защитят их от радиации и сурового климата Красной планеты.

Кроме того, исследование этих нетронутых пещер даст науке уникальную возможность заглянуть в геологическое прошлое Марса. Обнаружение замерзшей воды или даже следов древней жизни в лавовых трубках станет одним из крупнейших открытий в истории человечества, что кардинально изменит наше понимание эволюции планет и возможности существования жизни за пределами Земли.

Как исследования пещер в долине Гебрус и испытания автономных роботов приближают нас к покорению Марса?

Интерес к подземному миру Красной планеты стремительно растет, ведь именно там могут скрываться доказательства существования внеземной жизни. Ранее ученые обнаружили восемь уникальных образований в регионе Hebrus Valles, которые, в отличие от большинства известных полостей, имеют водное, а не вулканическое происхождение. Эти марсианские пещеры могут скрывать признаки прошлой жизни, поскольку вода и защищенность от сокрушительной солнечной радиации создавали там благоприятные условия для сохранения древних микроорганизмов.

Поскольку традиционные колесные велосипеды слишком медленные и неспособны преодолевать сложный рельеф, акцент смещается на автономность и новые типы конструкций. В частности, специалисты уже испытали полуавтономных роботов для исследования Луны и Марса, которые способны самостоятельно принимать решения и прокладывать маршруты без постоянного контроля с Земли. Одним из самых перспективных прототипов стал четвероногий робот ANYmal D, который благодаря шагающей платформе и манипулятору DynaArm может исследовать труднодоступные склоны и кратеры в три раза быстрее обычных аппаратов.