惑星マイクロボット。画像クレジット：NASAクリックして拡大
ペニーボストンインタビュー、パートI
遠くの星へ旅行したい、または別の世界での生活を見つけたい場合は、少し計画が必要です。これが、NASAがNASA Advanced Concepts研究所であるNIACを設立した理由です。過去数年間、NASAは科学者やエンジニアに、箱から出して考え、サイエンスフィクションのこちら側だけのアイデアを思いつくように働きかけてきました。彼らの希望は、これらのアイデアのいくつかがうまくいき、20年、30年、または40年後に使用できる技術を政府機関に提供することです。
NIACは競争力のある資金を提供しています。提出された数十の提案のうちほんの一握りだけが資金を提供されます。フェーズIの資金は最小限で、研究者がアイデアを紙に具体化するのに十分です。アイデアがメリットを示す場合、フェーズIIの資金が提供される可能性があり、純粋な概念から粗いプロトタイプの段階まで研究を継続できます。
今年初めにフェーズIIの資金提供を受けたプロジェクトの1つは、ペネロペボストン博士とスティーブンダボウスキー博士の共同で、地下洞窟を含む危険な地形を探索できる「ホッピングマイクロボット」を開発しました。プロジェクトが失敗した場合、火星の表面下の生命を探すために、いつかホッピングするマイクロボットが送られる可能性があります。
ボストンは洞窟で多くの時間を過ごし、そこに住む微生物を研究しています。彼女は洞窟とカルスト研究プログラムのディレクターであり、ニューメキシコ州ソコロにあるニューメキシコ工科大学の准教授です。 Dubowskyは、マサチューセッツ州ケンブリッジにあるMITのMIT Field and Space Robotics Laboratoryのディレクターです。彼は部分的に人工筋肉の研究で知られています。
Astrobiology Magazineは、彼女とDubowskyがフェーズII NIACの助成金を受け取った直後にボストンにインタビューしました。これは2部構成のインタビューの最初のものです。 Astrobiology Magazine（AM）：あなたとSteven Dubowsky博士は最近、NIACから資金を受け取り、小型ロボットを使用して火星の地下洞窟を探索するというアイデアに取り組んでいますか？このプロジェクトはどのようにして生まれましたか？
ペニーボストン（PB）：私たちは、これらのユニークな環境の微生物の生息地を調べることを目的として、地球上の洞窟でかなり多くの作業を行ってきました。火星や他の地球外生物の生命体を探すためのテンプレートとして役立つと思います。私は1992年にクリスマッケイとマイケルイヴァノフと一緒に論文を発表し、火星の地下は地質学的な時代に冷たく乾燥していたため、その惑星の生命の最後の避難所になると示唆しました。それが地球の地下を調査するビジネスに私たちを導いた。私たちが行ったとき、私たちは明らかに地表に固有の生物の驚くべき配列があることを発見しました。彼らは鉱物学と相互作用し、ユニークなバイオシグネチャーを生成します。それで、私たちが勉強するための非常に肥沃な地域になりました。
この惑星でさえ難しい洞窟に入るのは簡単ではありません。それをロボットの地球外ミッションに翻訳するには、いくらか考えが必要です。少なくとも溶岩洞窟の明確な地形学的証拠を示す火星の優れた画像データがあります。ですから、火星には少なくとも1種類の洞窟があり、将来のミッションの科学的ターゲットとして役立つ可能性があることがわかります。他の種類の洞窟もあると考えるのはもっともらしいことであり、火星でのユニークな洞窟形成（骨形成）メカニズムを調査する次のアメリカ地質学会特別紙に新聞が出版されています。大きなこだわりは、このように厳しくて難しい地形での移動方法です。
AM：プロジェクトの最初のフェーズで何をしたのですか？
PB：フェーズIでは、小さく、非常に多く（したがって、消耗品）、主に自律的で、険しい地形に入るのに必要な機動性を備えたロボットユニットに焦点を当てたかったのです。 Dubowsky博士による人工筋肉活性化ロボットモーションの進行中の作業に基づいて、私たちはテニスボールのサイズと同じくらい多くの、多くの、非常に小さな小さな球体というアイデアを思いつきました。彼らはいわば筋肉のエネルギーを蓄え、それから彼らは様々な方向に飛び込んでいきます。それが彼らの動きです。
クレジット：R.D。ガスフレデリックによるレンダリング
大規模な惑星表面および地下探査のための惑星設定。画像をクリックすると拡大表示されます。
画像クレジット：R.D.ガスフレデリックによるレンダリング
現在のMER（火星探査ローバー）の1つのサイズのペイロード質量に、これらの人の約1000人を詰め込むことができると計算しました。これにより、ユニットの大部分が失われても、偵察や検知、画像処理、さらには他の科学機能さえも実行できるネットワークを維持できる柔軟性が得られます。
AM：これらすべての小さな球体はどのようにして互いに協調するのですか？
PB：彼らは群れとして振る舞います。それらは非常に単純なルールを使用して相互に関連しますが、それらは集合的行動に大きな柔軟性を生み出し、予測不可能な危険な地形の要求に応えることを可能にします。私たちが想定している究極の製品は、有望な着陸地点に送られ、着陸船から出て、地下または他の危険な地形に向かい、ネットワークとして展開するこれらの小さな男の艦隊です。それらはノード間ベースでセルラー通信ネットワークを作成します。
AM：彼らはホップする方向を制御できますか？
PB：私たちは、最終的には非常に有能であることを彼らに望んでいます。フェーズIIに進むと、スタンフォード大学のフリッツプリント氏と協力して、超小型燃料電池でこれらの小さな人たちに電力を供給します。これにより、彼らはかなり複雑な一連のことを実行できるようになります。それらの機能の1つは、それらが進む方向をある程度制御することです。それらを構築して、特定の方向または別の方向に優先的に移動できるようにする特定の方法があります。彼らがまっすぐな道を進む車輪付きローバーである場合ほど正確ではありません。しかし、彼らは優先的に自分が行きたい方向に自分自身を傾けることができます。したがって、彼らは少なくとも方向性を大雑把に制御できると想定しています。しかし、彼らの価値の多くは、拡大する雲としての群れの動きに関係しています。
MERローバーが素晴らしいのと同じくらい、私が行う科学の種類では、MITのロドニー・ブルックスが開拓した昆虫ロボットのアイデアにより近いものが必要です。昆虫の知性と探査への適応のモデルを利用できることは、長い間私にアピールしていました。 Dubowsky博士のホッピングアイデアによって提供される独自の機動性にそれを追加すると、これらの小さなユニットの妥当なパーセンテージが地下の地形の危険を乗り切ることができるようになると思います。
HB：ではフェーズIで、これらのうちのどれかが実際に構築されましたか？
PB：いいえ。NIACとのフェーズIは、6か月にわたる脳の緊張と鉛筆押しの研究であり、関連技術の最先端技術を調べます。フェーズIIでは、2年間で限られた量のプロトタイピングとフィールドテストを行います。これは実際のミッションに必要なものよりはるかに少ないです。しかし、もちろん、これはNIACの使命であり、技術を10〜40年先まで調査することです。これはおそらく10年から20年の範囲だと考えています。
AM：どんな種類のセンサーや科学機器をこれらのものに装着できると思いますか？
PB：イメージングは明らかに私たちがやりたいことです。カメラが信じられないほど小さくて頑丈になるにつれて、これらのものに取り付けることができるサイズ範囲のユニットがすでに存在しています。おそらく、一部のユニットには拡大機能が備わっている可能性があるため、着陸しているマテリアルのテクスチャを見ることができます。小さなカメラで撮影した画像をさまざまな小さなユニットに統合することは、今後の開発分野の1つです。それはこのプロジェクトの範囲を超えていますが、それは私たちがイメージングのために考えていることです。そして、確かに化学センサーは、非常に重要な化学環境を嗅ぎ、感知することができます。小さなレーザー鼻からガス用のイオン選択性電極まですべて。
私たちはそれらをすべて同一ではなく、むしろアンサンブルにすることを想定しています。さまざまな種類のセンサーを備えたさまざまな種類のユニットが十分にあるため、ユニット数の損失がかなり高い場合でも、確率は依然として高くなります。それでもセンサーの完全なスイートがあります。個々のユニットにセンサーの巨大なペイロードを搭載することはできませんが、他のユニットとの大幅な重複を可能にするのに十分な場合があります。
AM：生物学的試験を行うことは可能ですか？
PB：そう思います。特に、量子ドットからラボオンチップデバイスまで、あらゆるものがオンラインで登場する中で、私たちが見ている時間枠を想像してみてください。もちろん、難しいのは、サンプルを入手することです。しかし、ホッピングマイクロボットのような地面に接触する小さなユニットを扱っている場合は、テストしたい材料の上に直接配置できる場合があります。顕微鏡検査や広視野画像と組み合わせると、いくつかの深刻な生物学的研究を行う能力があると思います。
AM：2年間のプロジェクトで達成したいと考えているマイルストーンを教えてください。
PB：3月までに、関連する機動性を備えた大まかなプロトタイプが作成されると予想しています。しかし、それは過度に野心的かもしれません。モバイルユニットができたら、ニューメキシコで科学を行っている実際の溶岩洞窟でフィールドテストを行う予定です。
フィールドサイトはすでにテスト済みです。フェーズIの一環としてMITグループが出てきて、洞窟探検や実際の地形について少し教えました。それは彼らにとって大きな目を見張るものでした。 MITのホール用にロボットを設計することは1つのことですが、実際の岩の多い環境用にロボットを設計することも別のことです。それは私たち全員にとって非常に教育的な経験でした。彼らは自分たちのデザインを満たさなければならないという条件はかなり良い考えだと思います。
AM：それらの条件は何ですか？
PB：非常に不均一な地形、これらの人が一時的に詰まる可能性のある多くの裂け目。したがって、少なくとも成功する合理的な可能性をもって、彼らが逃げることを可能にする操作モードが必要です。非常に粗い表面での見通し内通信の課題。大きな岩を乗り越える。小さな亀裂で立ち往生。その種のもの。
溶岩は滑らかではありません。溶岩洞の内部は、形成後は本質的に滑らかですが、収縮、亀裂、および落下する多くの材料があります。ですから、ぐるぐる回れる瓦礫の山や、高度の変化がたくさんあります。そして、これらは従来のロボットにはできないことです。
元のソース：NASA宇宙生物学
