در مریخ خانه پیدا کنید!

گروهی از پژوهشگران آمریکایی با الهام از داستان مشهور «هانسل و گرتل»، روش جدیدی را برای اکتشاف در زیستگاه‌های فضایی ارائه داده‌اند.

پیدا کردن خانه در مریخ به زودی می‌تواند محقق شود و پژوهشگران «دانشگاه آریزونا» (UArizona) در حال حاضر در حال جستجوی مکان‌هایی هستند که فضانوردان آینده می‌توانند از آن‌ها به عنوان زیستگاه استفاده کنند. پژوهشگران کالج مهندسی دانشگاه آریزونا، نوعی فناوری ابداع کرده‌اند که به گروهی از ربات‌ها امکان می‌دهد تا در محیط‌های زیر سطح جهان‌های دیگر کاوش کنند.

«ولفگانگ فینک» (Wolfgang Fink)، دانشیار مهندسی برق و رایانه دانشگاه آریزونا گفت: غار‌ها زیستگاه‌های مناسبی برای فضانوردان خواهند بود، زیرا نیازی به بنا کردن ساختار ندارند. فضانوردان در برابر تشعشعات مضر کیهانی محافظت می‌شوند؛ بنابراین تنها کاری که باید انجام دهید، این است که آن‌ها را زیبا و دنج کنید.

فینک، پژوهشگر ارشد مقاله جدیدی در مورد جزئیات یک شبکه ارتباطی است که مریخ‌نوردها، کاوشگر‌های دریاچه و حتی وسایل نقلیه زیردریایی را از طریق یک شبکه توپولوژی به هم متصل می‌کند و به ماشین‌ها امکان می‌دهد تا به عنوان یک گروه مستقل از انسان‌ها با یکدیگر کار کنند.

به گفته فینک و همکارانش، این روش می‌تواند یکی از چالش‌های بزرگ فناوری فضایی ناسا را با کمک به غلبه بر محدودیت‌های فناوری کنونی برای عبور ایمن از محیط دنباله‌دارها، سیارک‌ها، قمر‌ها و اجرام سیاره‌ای برطرف کند. پژوهشگران با اشاره به داستان مشهور «هانسل و گرتل» (Hansel and Gretel)، مفهوم پیشنهادی خود را «DDCN» نامیدند.

فینک گفت: اگر داستان را به خاطر داشته باشید، می‌دانید که هانسل و گرتل چگونه خرده‌های نان را انداختند تا مطمئن شوند که راه بازگشت را پیدا خواهند کرد. خرده‌های نان در سناریوی ما، حسگر‌های کوچکی هستند که روی مریخ‌نورد‌ها قرار می‌گیرند. مریخ‌نوردها، حسگر‌ها را هنگام عبور کردن از غار یا سایر محیط‌های زیرسطحی به کار می‌گیرند.

مریخ‌نورد‌ها با نظارت مداوم بر محیط خود و حفظ آگاهی از جایی که در آن قرار دارند، خود به خود پیش می‌روند و از طریق یک اتصال داده بی‌سیم به یکدیگر متصل می‌شوند و ارتباط را در طول مسیر برقرار می‌کنند. هنگامی که مریخ‌نورد احساس کند سیگنال در حال محو شدن است، اما همچنان در محدوده قرار دارد، یک گره ارتباطی را صرف نظر از تلاشی که برای آن داشته است، رها می‌کند.

فینک ادامه داد: یکی از جنبه‌های جدید، چیزی است که ما آن را استقرار فرصت‌طلبانه می‌نامیم. ایده این است که شما وقتی مجبور باشید و نه طبق برنامه از پیش تعیین‌شده، خرده‌های نان را به کار می‌گیرید.

در تمام این مدت، نیازی به ورودی از مریخ‌نورد مادر نیست. هر مریخ‌نورد به تنهایی این تصمیم را خواهد گرفت. فینک توضیح داد که این سیستم می‌تواند به یکی از دو روش مورد نظر کار کند. در یکی از روش‌ها، مریخ‌نورد مادر به عنوان یک گیرنده غیرفعال عمل می‌کند و داده‌های ارسال‌شده توسط مریخ‌نورد‌هایی که کاوش را انجام می‌دهند، جمع‌آوری می‌کند. در روش دیگر، مریخ‌نورد مادر به عنوان رهبر ارکستر عمل می‌کند و حرکات مریخ‌نورد‌ها را کنترل می‌کند.

این مفهوم جدید با پارادایم شناسایی سطح مقیاس‌پذیر که توسط فینک و همکارانش در اوایل دهه ۲۰۰۰ ابداع شد، مطابقت دارد. این ایده، گروهی از ربات‌ها را در سطوح گوناگون فرماندهی در نظر می‌گیرد. به عنوان مثال، یک مدارگرد، یک بالگرد را کنترل می‌کند که به نوبه خود یک یا چند فرودگر یا مریخ‌نورد را روی زمین تحت کنترل دارد. مأموریت‌های فضایی در حال حاضر این مفهوم را پذیرفته‌اند و چندین مورد از آن‌ها نیز با مشارکت پژوهشگران دانشگاه آریزونا صورت گرفته است. مفهوم پیشنهادی برای ماموریت دیگری که در نهایت برای تامین مالی انتخاب نشد، فرستادن یک مدارگرد حامل یک بالون و یک کاوشگر برای مطالعه یکی از دریا‌های هیدروکربنی در قمر «تایتان» (Titan) زحل بود. روش خرده‌های نان با ارائه یک پلتفرم قوی که به کاشفان رباتیک امکان می‌دهد تا در زیر زمین یا حتی در محیط‌های مایع کار کنند، این ایده را یک گام جلوتر می‌برد. فینک گفت: چنین دسته‌ای از ربات‌های مستقل می‌توانند به تلاش‌های جستجو و نجات پس از وقوع بلایای طبیعی روی زمین کمک کنند.

فینک گفت: بزرگترین چالش جدا از قرار دادن مریخ‌نورد‌ها در محیط زیرسطحی، در وهله اول بازیابی اطلاعاتی است که آن‌ها در زیر زمین ثبت می‌کنند و دوباره به سطح می‌آورند. مفهوم DDCN به گروهی از مریخ‌نورد‌ها امکان می‌دهد که حتی در محیط‌های پیچیده زیرزمینی، بدون از دست دادن تماس با مریخ‌نورد مادر خود حرکت کنند. مریخ‌نورد‌هایی که مجهز به سیستم تشخیص نور و محدوده یا لیدار هستند، حتی می‌توانند گذرگاه‌های غار را در هر سه بعد ترسیم کنند.

وی افزود: پس از استقرار، حسگر‌های ما به طور خودکار یک شبکه غیر جهت‌دار را ایجاد می‌کنند.

«مارک تاربل» (Mark Tarbell)، دانشمند تحقیقاتی ارشد در آزمایشگاه فینک و از پژوهشگران این پروژه گفت: آن‌ها می‌توانند جابه‌جا شوند و نقاط مرده و خاموشی سیگنال را جبران کنند. اگر برخی از آن‌ها از بین بروند، همچنان اتصال وجود دارد. بنابراین، مریخ‌نورد مادر هرگز اتصال به دورترین گره در شبکه را قطع نمی‌کند.

در مکان‌هایی که به ربات‌های غوطه‌ور نیاز دارند، این سیستم می‌تواند شامل یک فرودگر باشد که به زمین متصل است. در اینجا گره‌های ارتباطی به عنوان تکرارکننده عمل می‌کنند و سیگنال را در فواصل منظم تقویت می‌کنند تا از تخریب آن جلوگیری شود. فینک خاطرنشان کرد: نکته مهم این است که گره‌ها توانایی جمع‌آوری داده‌هایی مانند فشار، شوری، دما و سایر پارامتر‌های شیمیایی و فیزیکی را دارند و می‌توانند داده‌ها را به کابل متصل به فرودگر انتقال دهند.

وی افزود: تصور کنید که تمام راه را طی می‌کنید، به اقیانوس زیرسطحی می‌رسید و خود را در محاصره حیات بیگانه می‌بینید، اما هیچ راهی برای فرستادن داده‌ها به سطح ندارید. این سناریویی است که باید از آن اجتناب کنیم.

گروه فینک با توسعه مریخ‌نورد‌ها و فناوری ارتباطی، اکنون در حال کار کردن روی ساخت یک مکانیسم واقعی هستند که مریخ‌نورد‌ها توسط آن بتوانند گره‌های ارتباطی را مستقر کنند. فینک گفت: اساسا ما به هانسل و گرتل خود آموزش می‌دهیم که چگونه خرده‌های نان را رها کنند تا به یک شبکه ارتباطی کارآمد اضافه شوند. این پژوهش، در مجله «Advances in Space Research» به چاپ رسید.