[ad_1]
Исследователи разработали технологию, которая позволит стае роботов исследовать подземную среду в других мирах.
«Лавовые трубы и пещеры могли бы стать идеальной средой обитания для астронавтов, потому что вам не нужно строить структуру; вы защищены от вредного космического излучения, поэтому все, что вам нужно сделать, это сделать его красивым и уютным», — говорит Вольфганг Финк, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Аризонского университета.
Финк является ведущим автором новой статьи в журнале Advances in Space Research, в которой подробно описывается коммуникационная сеть, которая свяжет вездеходы, озерные посадочные аппараты и даже подводные аппараты через так называемую ячеистую топологическую сеть, позволяющую машинам работать вместе как единая команда, независимо друг от друга. от человеческого ввода.
По словам Финка и его соавторов, этот подход может помочь решить одну из главных задач космических технологий НАСА, помогая преодолеть ограниченную способность современных технологий безопасно пересекать среды на кометах, астероидах, лунах и планетарных телах.
Отсылая к сказке «Гензель и Гретель», исследователи назвали свою запатентованную концепцию парадигмой «динамически развертываемой коммуникационной сети в стиле хлебных крошек», или DDCN.
След из хлебных крошек
«Если вы помните эту книгу, то знаете, как Гензель и Гретель бросали хлебные крошки, чтобы убедиться, что они найдут дорогу обратно», — говорит Финк, основатель и директор Исследовательской лаборатории визуальных и автономных систем исследования в Калифорнийском технологическом институте и Университете Аризоны.
«В нашем сценарии «хлебные крошки» — это миниатюрные датчики, которые подключаются к марсоходам, которые развертывают датчики, когда они пересекают пещеру или другую подземную среду».
Постоянно контролируя свое окружение и сохраняя информацию о том, где они находятся в космосе, марсоходы движутся самостоятельно, соединяясь друг с другом через беспроводное соединение для передачи данных, развертывая по пути узлы связи. Как только ровер обнаруживает, что сигнал затухает, но все еще находится в пределах досягаемости, он сбрасывает узел связи, независимо от того, какое расстояние фактически прошло с момента размещения последнего узла.
«Одним из новых аспектов является то, что мы называем оппортунистическим развертыванием — идея развертывания «хлебных крошек» тогда, когда это необходимо, а не в соответствии с ранее запланированным графиком», — говорит Финк.
Все это время нет необходимости во вмешательстве материнского марсохода; Финк добавляет, что каждый подчиненный марсоход примет это решение самостоятельно. Система может работать одним из двух способов, объясняет Финк.
В одном материнский ровер действует как пассивный получатель, собирая данные, передаваемые марсоходами, выполняющими исследование. В другом материнский марсоход выступает в роли дирижера, контролируя движения марсоходов, как кукловод.
Новая концепция согласуется с многоуровневой парадигмой разведки, разработанной Финком и его коллегами в начале 2000-х годов. Эта идея предполагает команду роботов, работающих на разных уровнях управления — например, орбитальный аппарат, управляющий дирижаблем, который, в свою очередь, управляет одним или несколькими спускаемыми аппаратами или вездеходами на земле.
Эту концепцию уже используют космические миссии. Например, на Марсе марсоход Perseverance командует роботизированным вертолетом Ingenuity.
Концепция другой миссии, которая в конечном итоге не была выбрана для финансирования, предполагала отправку орбитального аппарата с воздушным шаром и спускаемым аппаратом на озере для изучения одного из углеводородных морей на Титане, спутнике Сатурна.
Подход «хлебных крошек» продвигает идею еще на один шаг вперед, предоставляя надежную платформу, позволяющую роботам-исследователям работать под землей или даже в жидкой среде. По словам Финка, такие рои отдельных автономных роботов также могут помочь в поисково-спасательных работах после стихийных бедствий на Земле.
Получение важных данных домой
Финк говорит, что самая большая проблема, помимо доставки марсоходов в подземную среду, в первую очередь, состоит в том, чтобы извлечь данные, которые они записывают под землей, и доставить их обратно на поверхность.
Концепция DDCN позволяет команде марсоходов перемещаться даже по запутанным подземным средам, не теряя контакта со своим «материнским марсоходом» на поверхности.
Оснащенные системой обнаружения и определения дальности света, или лидаром, они могли даже наносить на карту проходы в пещерах во всех трех измерениях, мало чем отличаясь от дронов, которые исследуют инопланетный космический корабль в фильме «Прометей».
«После развертывания наши датчики автоматически создают ненаправленную ячеистую сеть, что означает, что каждый узел обновляет информацию о каждом узле вокруг него», — говорит Финк, который впервые подробно описал концепцию DDCN в предложении НАСА в 2019 году.
«Они могут переключаться между собой и компенсировать мертвые зоны и сигнализировать об отключении», — добавляет Марк Тарбелл, соавтор статьи и старший научный сотрудник лаборатории Финка. «Если некоторые из них умирают, связь через оставшиеся узлы сохраняется, поэтому материнский ровер никогда не теряет соединение с самым дальним узлом в сети».
Надежная сеть коммуникационных узлов гарантирует, что все данные, собранные роботами-исследователями, будут возвращены на базовый марсоход на поверхности. Поэтому нет необходимости возвращать роботов после того, как они выполнили свою работу, говорит Финк, опубликовавший идею использования групп одноразовых мобильных роботизированных наземных зондов еще в 2014 году.
«Они предназначены для одноразового использования», — говорит он. «Вместо того, чтобы тратить ресурсы на то, чтобы затащить их в пещеру и обратно, имеет смысл заставить их пройти как можно дальше и оставить их позади, как только они выполнят свою миссию, закончатся силы или уступят враждебному нападению». среда.”
«Коммуникационный сетевой подход, представленный в этой новой статье, может возвестить новую эру планетарных и астробиологических открытий», — говорит Дирк Шульце-Макух, президент Немецкого астробиологического общества и автор многих публикаций о внеземной жизни.
«Это, наконец, позволяет нам исследовать марсианские пещеры с лавовыми трубами и подповерхностные океаны ледяных лун — места, где может присутствовать внеземная жизнь».
По словам Виктора Бейкера, профессора гидрологии и атмосферных наук, наук о Земле и планетарных наук, предложенная концепция «содержит магию».
«Самые удивительные открытия в науке происходят, когда достижения в области технологий обеспечивают как первый доступ к предмету или месту, так и средства передачи того, что таким образом открыто, творческим умам, которые ищут понимания», — говорит Бейкер.
В местах, где требуются подводные роботы, система может состоять из посадочного модуля — либо плавающего по озеру, как это может быть на Титане, либо сидящего на льду подповерхностного океана, как на Европе, — который соединен с подводной лодкой. например через длинный кабель.
Здесь узлы связи будут действовать как повторители, усиливая сигнал через равные промежутки времени, чтобы предотвратить его ухудшение.
Важно отметить, отмечает Финк, что узлы могут сами собирать данные — например, измерять давление, соленость, температуру и другие химические и физические параметры — и вводить данные в кабель, соединяющий обратно с посадочным модулем.
«Представьте, что вы добрались до Европы, протоптали километры льда, спустились в подземный океан, где оказались в окружении инопланетной жизни, но у вас нет возможности вернуть данные на поверхность, ” он говорит.
«Это сценарий, которого нам нужно избегать».
Разработав марсоходы и технологию связи, группа Финка теперь работает над созданием фактического механизма, с помощью которого марсоходы будут развертывать узлы связи.
«По сути, мы собираемся научить наших «Гензелей» и «Гретель», как разбрасывать хлебные крошки, чтобы они складывались в функционирующую ячеистую коммуникационную сеть, — говорит Финк.
Автор Дэниел Столте.
[ad_2]
Source