Hansel ve Gretel’in ekmek kırıntısı numarası, Mars ve ötesindeki mağaralar için robotik keşif sistemine ilham veriyor

Mars’ta ev avcılığı yakında bir şey haline gelebilir ve Arizona Üniversitesi’ndeki araştırmacılar şimdiden geleceğin astronotlarının yaşam alanı olarak kullanabilecekleri gayrimenkulleri keşfetme işindeler. UArizona Mühendislik Koleji’ndeki araştırmacılar, bir robot sürüsünün diğer dünyalardaki yer altı ortamlarını keşfetmesine izin verecek bir teknoloji geliştirdiler.

Bir ortak olan Wolfgang Fink, “Lav tüpleri ve mağaralar astronotlar için mükemmel yaşam alanları olur çünkü bir yapı inşa etmeniz gerekmez; zararlı kozmik radyasyondan korunursunuz, bu nedenle tek yapmanız gereken onu güzel ve rahat hale getirmektir” dedi. UArizona’da elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü.

Fink, yeni bir makalenin baş yazarıdır. Uzay Araştırmalarındaki Gelişmeler Bu, gezicileri, göle inen araçları ve hatta dalgıç araçları sözde bir ağ topoloji ağı aracılığıyla birbirine bağlayacak ve makinelerin insan girdisinden bağımsız olarak bir ekip olarak birlikte çalışmasına izin verecek bir iletişim ağını detaylandırıyor. Fink ve ortak yazarlarına göre bu yaklaşım, mevcut teknolojinin kuyruklu yıldızlar, asteroitler, aylar ve gezegen cisimleri üzerindeki ortamlarda güvenli bir şekilde geçiş yapma konusundaki sınırlı yeteneğinin üstesinden gelmeye yardımcı olarak NASA’nın Uzay Teknolojisi Büyük Zorluklarından birinin ele alınmasına yardımcı olabilir. Araştırmacılar, “Hansel ve Gretel” masalına selam vererek, patent bekleyen konseptlerine “Breadcrumb Tarzı Dinamik Olarak Dağıtılan İletişim Ağı” paradigması veya DDCN adını verdiler.

Bir peri masalı geleceğe ilham verir

Caltech ve UArizona’daki Görsel ve Otonom Keşif Sistemleri Araştırma Laboratuvarı’nın kurucusu ve yöneticisi Fink, “Kitabı hatırlarsanız, Hansel ve Gretel’in geri dönüş yolunu bulabilmek için nasıl ekmek kırıntıları attığını bilirsiniz,” dedi. “Bizim senaryomuzda, ‘ekmek kırıntıları’, bir mağara veya başka bir yer altı ortamından geçerken sensörleri devreye sokan, gezici araçların üzerine bindirilen minyatür sensörlerdir.”

Çevrelerini sürekli olarak izleyen ve uzayda nerede olduklarına dair farkındalığı koruyan geziciler, yol boyunca iletişim düğümlerini konuşlandırarak kablosuz bir veri bağlantısı aracılığıyla birbirlerine bağlı olarak kendi başlarına ilerlerler. Bir gezici, sinyalin zayıfladığını ancak yine de menzil içinde olduğunu algıladığında, son düğümü yerleştirdiğinden bu yana gerçekte ne kadar mesafe geçtiğine bakılmaksızın bir iletişim düğümü bırakır.

Fink, “Yeni yönlerden biri, fırsatçı konuşlandırma dediğimiz şeydir; ‘kırıntıları’ önceden planlanmış bir programa göre değil, gerektiğinde devreye sokma fikridir.” dedi.

Bu süre zarfında, ana geziciden herhangi bir girdiye gerek yoktur; Fink, her alt gezicinin bu belirlemeyi kendi başına yapacağını ekledi. Fink, sistemin iki yoldan biriyle çalışabileceğini açıkladı. Birinde, ana gezici, keşfi yapan geziciler tarafından iletilen verileri toplayan pasif bir alıcı görevi görür. Diğerinde, ana gezici orkestratör olarak hareket eder ve gezicilerin hareketlerini bir kukla ustası gibi kontrol eder.

Makineler devralır

Yeni konsept ile uyumlu kademeli ölçeklenebilir keşif 2000’lerin başında Fink ve meslektaşları tarafından tasarlanan paradigma. Bu fikir, farklı komuta seviyelerinde çalışan bir robot ekibi tasavvur eder; örneğin, bir keşif balonunu kontrol eden bir yörünge aracı, yerdeki bir veya daha fazla iniş aracını veya gezgini kontrol eder. UArizona araştırmacılarının birçoğunun katılımıyla, uzay misyonları şimdiden bu kavramı benimsedi. Örneğin, Mars’ta Perseverance gezgini robotik bir helikopter olan Ingenuity’ye komuta ediyor.

Nihayetinde finansman için seçilmeyen başka bir görev için bir konsept, Satürn’ün ayı Titan’daki hidrokarbon denizlerinden birini incelemek için bir balon ve bir göl iniş aracı taşıyan bir yörünge aracının gönderilmesini önerdi. Breadcrumb yaklaşımı, robotik kaşiflerin yer altında ve hatta sıvı ortamların altında çalışmasına olanak tanıyan sağlam bir platform sağlayarak bu fikri bir adım öteye taşıyor. Fink, bu tür bireysel, otonom robot sürülerinin, Dünya’daki doğal afetlerin ardından arama ve kurtarma çabalarına da yardımcı olabileceğini söyledi.

Fink, gezicileri yer altı ortamına sokmanın yanı sıra en büyük zorluğun, yer altına kaydettikleri verileri alıp yüzeye geri getirmek olduğunu söyledi. DDCN konsepti, bir gezici ekibinin, yüzeydeki “ana gezici” ile temasını hiç kaybetmeden dolambaçlı yer altı ortamlarında bile gezinmesine olanak tanır. Bir ışık algılama ve mesafe belirleme sistemi veya lidar ile donatıldıklarında, “Prometheus” filminde uzaylı bir uzay gemisini keşfederken görülebilen dronların aksine, mağara geçitlerini üç boyutta da haritalayabilirler.

2019’da NASA’ya yaptığı bir teklifte DDCN konseptini ilk kez detaylandıran Fink, “Bir kez konuşlandırıldıktan sonra, sensörlerimiz otomatik olarak yönlendirilmemiş bir ağ ağı kurar, bu da her düğümün etrafındaki her düğüm hakkında kendisini güncellediği anlamına gelir” dedi.

Fink’in laboratuvarında makalenin ortak yazarı ve kıdemli araştırma bilimcisi Mark Tarbell, “Birbirleri arasında geçiş yapabilir ve ölü noktaları ve sinyal kesintilerini telafi edebilirler” diye ekledi. “Bazıları ölürse, kalan düğümler arasında hala bağlantı var, bu nedenle ana gezgin ağdaki en uzak düğümle bağlantısını asla kaybetmez.”

Geri dönüşü olmayan görev

Sağlam iletişim düğümleri ağı, robotik kaşifler tarafından toplanan tüm verilerin yüzeydeki ana geziciye geri dönmesini sağlar. Bu nedenle, harcanabilir mobil robotik yüzey sondası gruplarını kullanma fikrini 2014 gibi erken bir tarihte yayınlayan Fink, robotları işlerini yaptıktan sonra geri almaya gerek olmadığını söyledi.

“Harcanabilir olacak şekilde tasarlandılar” dedi. “Mağaraya girip geri çekilmek için kaynakları boşa harcamak yerine, yapabildikleri kadar ileri gitmelerini sağlamak ve görevlerini yerine getirdikten, güçleri tükendikten veya düşmanca bir ortama yenik düştükten sonra onları geride bırakmak daha mantıklı. .”

Alman Astrobiyoloji Derneği başkanı ve dünya dışı yaşam üzerine birçok yayının yazarı Dirk Schulze-Makuch, “Bu yeni makalede tanıtılan iletişim ağı yaklaşımı, gezegensel ve astrobiyolojik keşiflerde yeni bir çağın habercisi olma potansiyeline sahip” dedi. “Sonunda, Mars lav tüpü mağaralarını ve buzlu ayların yeraltı okyanuslarını – dünya dışı yaşamın mevcut olabileceği yerleri – keşfetmemize izin veriyor.”

UArizona Regents Hidroloji ve Atmosfer Bilimleri, Yerbilimleri ve Gezegen Bilimleri Profesörü Victor Baker’a göre önerilen konsept “sihir içeriyor”. Baker, “Bilimdeki en şaşırtıcı keşifler, teknolojideki gelişmeler hem bir şeye veya yere ilk kez erişim sağladığında hem de keşfedilenleri anlayış arayan yaratıcı beyinlere iletme araçları sağladığında ortaya çıkıyor” dedi.

Gizli okyanus dünyalarını keşfetmek

Suya daldırılabilir robotlar gerektiren yerlerde, sistem, Titan’da olabileceği gibi bir gölde yüzen veya Europa’daki gibi bir yeraltı okyanusunun üzerinde buz üzerinde oturan ve denizaltına bağlı bir iniş aracından oluşabilir. örneğin uzun bir kablo aracılığıyla. Burada iletişim düğümleri tekrarlayıcı görevi görecek ve bozulmasını önlemek için sinyali düzenli aralıklarla artıracaktır. Daha da önemlisi, Fink, düğümlerin kendilerinin veri toplama (örneğin, basınç, tuzluluk, sıcaklık ve diğer kimyasal ve fiziksel parametreleri ölçme) ve verileri iniş aracına bağlanan kabloya alma yeteneklerine sahip olduğuna dikkat çekti.

“Hayal edin Europa’ya kadar gittiniz, kilometrelerce buzları erittiniz, yer altı okyanusuna indiniz, burada kendinizi uzaylı yaşamıyla çevrili buldunuz, ancak verileri yüzeye geri götürmenin hiçbir yolu yok. dedi. “Kaçınmamız gereken senaryo bu.”

Gezicileri ve iletişim teknolojisini geliştiren Fink’in grubu, şimdi gezicilerin iletişim düğümlerini konuşlandıracağı gerçek mekanizmayı oluşturmak için çalışıyor.

Fink, “Temel olarak, ‘Hansel’ ve ‘Gretels’imize ekmek kırıntılarını nasıl bırakacaklarını öğreteceğiz, böylece işleyen bir ağ iletişim ağı oluşturacaklar,” dedi.