Bu sanatçının ekmek kırıntısı senaryosu izleniminde, otonom gezici araçların, bir yörünge aracı veya keşif balonu ile teması sürdürmek için girişte kalan bir ana gezici tarafından konuşlandırıldıktan sonra bir lav tüpünü keşfettikleri görülebilir. Kredi: John Fowler/Wikimedia Commons, Mark Tarbell ve Wolfgang Fink/Arizona Üniversitesi
Arizona Üniversitesi mühendisleri, otonom araçların astronotlar için yer altı yaşam alanlarını keşfetmesine izin veren bir sistem geliştirdi.
Ev avı Mars yakında bir şey haline gelebilir ve Arizona Üniversitesi’ndeki araştırmacılar şimdiden izcilik emlak geleceğin astronotlarının yaşam alanı olarak kullanabileceği. UArizona Mühendislik Koleji’ndeki araştırmacılar, bir robot sürüsünün diğer dünyalardaki yer altı ortamlarını keşfetmesine izin verecek bir teknoloji geliştirdiler.
“Lav tüpleri ve mağaralar astronotlar için mükemmel yaşam alanları olur çünkü bir yapı inşa etmeniz gerekmez; UArizona’da elektrik ve bilgisayar mühendisliği doçenti Wolfgang Fink, “zararlı kozmik radyasyondan korunuyorsunuz, bu yüzden tek yapmanız gereken onu güzel ve rahat hale getirmek,” dedi.
Fink, dergide yeni bir makalenin baş yazarıdır. Uzay Araştırmalarındaki Gelişmeler bu, gezicileri, göle inenleri ve hatta dalgıç araçları sözde bir ağ topolojisi 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, yaklaşım aşağıdakilerden birini ele almaya yardımcı olabilir: NASA‘S Uzay Teknolojisinin Büyük Zorlukları mevcut teknolojinin kuyruklu yıldızlar, asteroitler, aylar ve gezegen cisimleri üzerindeki ortamlarda güvenli bir şekilde hareket etme konusundaki sınırlı yeteneğinin üstesinden gelmeye yardımcı olarak. Araştırmacılar, “Hansel ve Gretel” masalına selam vererek, patent bekleyen konseptlerine “Breadcrumb Tarzı Dinamik Olarak Dağıtılan İletişim Ağı” paradigması veya DDCN adını verdiler.
HiRISE kamerası tarafından tespit edilen Mars yüzeyindeki bir delik, aşağıda bir mağarayı ortaya çıkarıyor. Mars’ın sert yüzeyinden korunan bu tür çukurların, Mars yaşamını içermek için iyi adaylar olduğuna inanılıyor, bu da onları gelecekteki olası uzay araçları, robotlar ve hatta insan gezegenler arası kaşifler için birincil hedefler haline getiriyor. Kredi: NASA/JPL/Arizona Üniversitesi
Bir peri masalı geleceğe ilham verir
“Kitabı hatırlarsanız, Hansel ve Gretel’in geri dönüş yolunu bulabilmek için nasıl ekmek kırıntıları bıraktıklarını bilirsiniz,” dedi Fink, şirketin kurucusu ve yöneticisi. Görsel ve Otonom Keşif Sistemleri Araştırma Laboratuvarı Caltech ve UArizona’da. “Bizim senaryomuzda, ‘ekmek kırıntıları’, bir mağaradan veya başka bir yer altı ortamından geçerken sensörleri devreye sokan, gezici araçların üzerine binen 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 fikri,” 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.
Fink’in ekibi tarafından otonom keşifle ilgili donanım ve yazılımı test etmek için kullanılan deneysel gezici araçlardan biri. Bu prototip, navigasyon için kameralar ve diğer sensörlerle donatılmıştır. Kredi bilgileri: Wolfgang Fink/Arizona Üniversitesi
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 ediyor – örneğin, bir keşif balonunu kontrol eden bir yörünge aracı, yerdeki bir veya daha fazla iniş aracını veya gezgini kontrol ediyor. 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, hidrokarbon denizlerinden birini incelemek için bir balon ve bir göl iniş aracı taşıyan bir yörünge aracının gönderilmesini önerdi. SatürnAy Titan. 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, “Dağıtıldıktan 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 gezici 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 olduğu 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 geri bağlanan kabloya alma yeteneklerine sahip olduğuna dikkat çekti.
“Uzun zamandır Europa’ya kadar gittiğinizi, kilometrelerce buzları erittiğinizi, yer altı okyanusuna indiğinizi, kendinizi uzaylı yaşamıyla çevrili bulduğunuzu, ancak verileri yüzeye geri götürmenin hiçbir yolunun olmadığını hayal edin. 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.
Referans: Wolfgang Fink, Connor Fuhrman, Andres Nuncio Zuniga ve Mark Tarbell tarafından yazılan “A Hansel & Gretel Breadcrumb-Style Dynamically Deployed Communication Network Paradigm using Mesh Topology for Planetary Subsurface Exploration”, 11 Şubat 2023, Uzay Araştırmalarındaki Gelişmeler.
DOI: 10.1016/j.asr.2023.02.012