Die Oberfläche von Europa, einem von Jupiters vier Monden, ist ein beeindruckender Feind. Zunächst einmal ist es in eine dicke Eisschale gewickelt, die von Jupiters massiver Anziehungskraft in große Spalten gerissen wird. Dann gibt es die extrem niedrige Oberflächengravitation und die bloßen, rutschigen Eisschluchten. Es wird jedoch auch angenommen, dass Europa unter all dem Eis einen Ozean von Flüssigkeiten hat, der das Leben unterstützen könnte. Dies macht es zu einem Hauptziel für unsere nächste eingehende Erforschung des Sonnensystems.
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Wie wird die NASA diese verräterische Herausforderung bewältigen? Ein Rover mit Rädern wie Sojourner, der 1996 zum ersten Mal die Ares Valles des Mars überquerte und damit einen großen Sprung für die Robotertruppe vollbrachte, kann er mit Sicherheit nicht mehr. Stattdessen will die NASA diese einst revolutionären Räder abschaffen und sich vorstellen, wie die nächste Generation aussehen soll von Robotern werden in den nächsten Jahrzehnten Asteroiden und die kalten Außenwelten des Sonnensystems erforschen.
Enter: LEMUR.
Gegenwärtig wiegt dieser Rover der nächsten Generation rund 75 Pfund und ist nur ein Bruchteil der Größe von Mars 'Curiosity, der bei fast einer Tonne eincheckt. Allein seine Größe sprengt die Grenzen der Roboterfähigkeit - aber wenn es jemals eingesetzt wird, muss es mehr tun. Der Rover in Pint-Größe muss extremen Temperaturen und magnetischen Bedingungen standhalten. navigiere auf jeder Oberfläche; und machen Sie es lange genug, um aussagekräftige Daten mit einigen der leichtesten und intelligentesten Instrumente der Weltraumforschung zu sammeln, die jemals gebaut wurden.
Ist es an der Aufgabe?
Drei Generationen der NASA-Marsrover von 1997 bis 2012, fotografiert im Mars Yard im Jet Propulsion Lab in Pasadena, Kalifornien: Ersatzflug für Sojourner (vorne), Mars Exploration Rover Project-Testrover (links) und Curiosity-Testrover (rechts) . (NASA / JPL-Caltech) Zugegeben, der Roboter LEMUR - eine Abkürzung für „Limbed Excursion Mechanical Utility Robot“ - ist nicht so süß wie die von Dreamworks ' Madagaskar populär gemachten flauschigen Schwanzarten . Vielmehr hat der Roboter seinen Namen von der Ambidexterität des echten Säugetiers. Ursprünglich als Reparaturroboter für bemannte Mondmissionen gedacht, wurde der Rover für die Mikrogravitationserkundung der vertikalen und umgekehrten Oberflächen von Canyons und Höhlen umgestaltet.
"[Lemuren] benutzen beide Hände und Füße für Mobilität und Manipulation", erklärt Aaron Parness, Gruppenleiter für Robotik in extremen Umgebungen am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA. "Obwohl unser Roboter keine unterschiedlichen Arme und Beine hat, ähnelt er einem Affen oder Maki darin, dass er seine Füße verwenden kann, um Dinge viel effizienter zu erledigen als Menschen."
Um sicherzustellen, dass sich der Roboter in noch ungewöhnlicheren Umgebungen als auf dem Mars fortbewegen kann, hat die Gruppe von Parness einen sogenannten „Chimerobot“ geschaffen: einen Roboter, der die Fähigkeiten vieler verschiedener Landtiere nutzt. Mit seinen reichenden Gliedmaßen und paddelähnlichen Füßen erinnert LEMUR an eine Spinne oder einen Seestern, wobei seine Fortsätze zum Kriechen und Festhalten an bloßen Oberflächen verwendet werden.
Die vier Gliedmaßen des Roboters sind mit austauschbaren runden „Füßen“ ausgestattet, die gegen Aufsätze mit verschiedenen Funktionen im Schweizer Taschenmesser-Stil ausgetauscht werden können, um das Überqueren einer Vielzahl von Oberflächen zu erleichtern. Kletterfüße sind mit einer Reihe von kleinen, messerscharfen Stahlhaken ausgestattet, die als Mikrospinen bezeichnet werden und die die rauen Oberflächen von Felsen so festhalten, dass ein Fuß das Gewicht des gesamten Roboters tragen kann. Für glatte Oberflächen, wie die Außenhüllen von Raumstationen oder Satelliten, haftet LEMUR mit geckoartigen, klebrigen Füßen.
Kürzlich haben Forscher mit einer der „Hände“ von LEMUR in die Antarktis gereist, um einen neuen und möglicherweise entscheidenden Aufsatz zu testen: schraubenartige Eisbohrer. Wenn Parness und sein Team bereit sind, ihre Hardware zu testen, „suchen sie nach den schwierigsten Stellen, die wir finden können“, sagte Parness. „Wir müssen die richtige Balance finden zwischen der richtigen Umgebung und der Tatsache, dass wir nicht so weit entfernt sind, dass es verrückt teuer und unmöglich ist, das Team dorthin zu bringen. Die Antarktis war am äußersten Rand. “
Dazu riefen sie Aaron Curtis an, einen Geographen, Vulkanologen, Robotiker, der mehrere Sommer auf dem äußersten südlichen Kontinent verbracht und sich durch eisige Tunnel gekrochen hat, die vom Mount Erebus, dem südlichsten aktiven Vulkan der Erde, gebildet wurden. Mit durchschnittlichen Sommertemperaturen von -22 Grad Fahrenheit sind der Vulkan, die Eisformationen und der stehende Lavasee ein gutes Beispiel für die Bedingungen, denen ein Rover mit Beinen auf eisigen Monden wie Europa oder Enceladus begegnen könnte.
Aaron Curtis reiste im vergangenen Dezember in die Antarktis, wo er Roboter und Instrumente testete, die für eisige Welten wie Europa entwickelt wurden. (Nial Peters) Als wissenschaftlicher Mitarbeiter des Mount Erebus Volcano Observatory hat Curtis in den letzten sieben Jahren sechs Jahre lang die Topographie des den Vulkan umgebenden Eises kartografiert. Sein besonderes Interesse galt unter der Oberfläche den Höhlen und Tunneln, die durch Gase, die aus den Spalten des Vulkans austraten, ins Eis geschmolzen waren. Es war manchmal so einfach, Orte zu finden, an denen die Tunnel mit der Außenwelt verbunden waren, als ob man einen riesigen „Eiskamin“ fand, meterhohe Strukturen, die durch austretendes Gas gebildet wurden. In anderen Fällen bedeutete dies, Höhleneingänge zu finden, indem ein Schneemobil versehentlich in ein verdecktes Loch im Boden geworfen wurde.
Nachdem Curtis vier Jahre damit verbracht hatte, eine Höhle in 3D zu kartieren, um die Veränderungen im Laufe der Zeit zu beobachten, sah er sich immer wieder denselben Herausforderungen gegenüber. Erstens war sein Team nicht in der Lage, bestimmte Gebiete zu erreichen, da sie für die Erforschung durch Menschen zu giftig waren. Zweitens befürchteten sie, dass ihre Anwesenheit versehentlich die seltene Umwelt mit eingeführten Mikroben kontaminieren könnte. Diese beiden Bedenken veranlassten ihn, die Nützlichkeit von Entdeckungsrobotern in Betracht zu ziehen.
„Wenn wir einen Roboter hätten, der sich auf Eis fortbewegen könnte, könnten wir mikrobiell empfindliche und gasgefüllte Höhlen erkunden“, sagt Curtis. Sein eigenes Eisbot-Basteln erwies sich als eine gute Ergänzung für die bereits laufenden Arbeiten bei JPL, zu denen er im Oktober letzten Jahres als Robotiker stieß.
Es hat sich herausgestellt, dass Mikrodorne dazu neigen, Eis zu zerkleinern, anstatt sie zu greifen, da der Aufsatz die Dorne nach unten auf den Felsen drücken soll, um etwas zu kaufen. Deshalb entwarf Curtis einen Aufsatz, bei dem sich winzige Bohrer in eine eisige Oberfläche bohrten.
Das ursprüngliche Design wurde mit Eis verstopft, sagt Curtis, und wandte sich etwas zu, dem Eisliebhaber ihr Leben anvertrauen: handelsübliche Eisschrauben. Sie sind hohl und lassen das Eis durch, anstatt sich hinter dem Bohrende anzusammeln, und ermöglichen es LEMUR, Eisproben zu produzieren und zu sammeln, während sie langsam vorwärts kriechen.
Die nächsten Eiswelttests werden wahrscheinlich auf den Gletschern auf dem Mount Rainier in Washington stattfinden - mit dem vollen LEMUR-Chassis und nicht nur einer körperlosen Fußbefestigung. Laut Parness unterstreicht die Möglichkeit, die Sampling-Funktionen zu testen, ein weiteres wichtiges Ziel des gesamten Entwicklungsprozesses.
„Mit Feldtests versuchen wir immer, zwei Ziele zu erreichen: Technologien für die zukünftige Verwendung zu demonstrieren, aber auch sinnvolle Wissenschaft an diesem Standort zu betreiben“, sagt er. Mit anderen Worten helfen uns LEMUR-Tests nicht nur, Kryovulkane auf anderen Körpern zu verstehen. "Dies kommt auch uns auf der Erde zugute", sagt Parness.
LEMUR wird kürzlich während eines Testlaufs im Labor von Aaron Parness bei JPL trainiert. (NASA / JPL-Caltech) Penelope Boston untersucht seit mehr als 35 Jahren das mikrobielle Leben und seine Indikatoren in extremen Umgebungen, beispielsweise in der mit Schwefelsäure getränkten Cueva de Villa Luz im mexikanischen Tabasco. In ihrer früheren Funktion als Direktorin für Höhlen- und Karststudien am New Mexico Institute of Mining and Technology, wo sie Alterungs- und Erosionsprozesse unterirdischer Höhlen und Dolinen untersuchte, richtete Boston Parness auf Orte, an denen sein Team und LEMUR lernen konnten, wonach zu suchen ist. und wie man danach sucht.
"Ich habe Aarons Team dabei unterstützt, zu verstehen, welche subtilen Hinweise auf mögliche mikrobielle oder mineralische Ablagerungen hindeuten, die für LEMUR von Interesse sind", sagte Boston, der jetzt das Astrobiology Institute der NASA leitet, per E-Mail.
Das Menü der Möglichkeiten, fügte sie hinzu, sind Muster, die durch biologische Prozesse in oder auf Gesteinsformationen zurückgeblieben sind, wie z. Auf der Erde gibt es solche Beweise an Orten wie der Lechugilla-Höhle in New Mexico, wo Bakterien, die sich von Schwefel, Eisen und Mangan ernähren, vermutlich eine Rolle bei der Gestaltung der Höhlen und der dortigen spektakulären Steinformationen gespielt haben.
Hinweise auf mikrobielles Leben sind normalerweise nicht so offensichtlich. Indem Roboter wie LEMUR eine Vielzahl von Instrumenten sowohl an lebenden als auch an fossilen mikrobiellen Überresten testen, können sie mehr Aufschluss darüber geben, wie diese Mikroben lebten, ihre Umgebung gestalteten und starben.
Ein Teil der Herausforderung besteht darin, sicherzustellen, dass die Werkzeuge klein genug sind, um mobil zu sein. Neben dem Testen der Hardware haben Parness und sein Team gemeinsam mit Universitätspartnern miniaturisierte Fernerkundungs- und Analysegeräte entwickelt. Die Idee ist, dass LEMUR sie auf dem Bauch oder wie einen Rucksack tragen könnte, um eine Höhle oder ein Gelände in 3D mit Lidar, Gaschromatographie, organische Stoffe und kohlenstoffreiche Moleküle mit einem winzigen Nahinfrarotspektrometer zu erfassen.
"[Aaron] Parnesss Gruppe untersucht die Möglichkeiten, LEMUR mit Mustererkennung und maschinellem Lernen auszustatten, damit sie wie ein Mensch sehen kann", sagte Boston. "Paläobiologie kann oft sehr fein und subtil sein, und verbesserte visuelle und Interpretationsfähigkeiten, die Roboter auf den Tisch bringen können, sind möglicherweise immens leistungsfähige Werkzeuge, die uns helfen, die Paläobiologie besser zu sehen und zu verstehen."
Aaron Curtis, ein Postdoktorand am JPL auf dem Berg der Antarktis. Erebus, der südlichste aktive Vulkan der Erde. (Dylan Taylor) Im vorgeschlagenen Bundeshaushalt des Weißen Hauses würde die Finanzierung für die Asteroid Redirect Mission - das Programm, bei dem LEMUR am wahrscheinlichsten eingesetzt wird - gestrichen. Parness und sein Team wurden jedoch angewiesen, ihre Arbeit an LEMUR fortzusetzen. Ende 2017 kehrt Parness in das Gebiet des Titus Canyon im Death Valley zurück, wo er zuvor LEMUR getestet hat, und macht im Sommer in New Mexico Halt bei Lavaröhren.
Dort stehen 500 Millionen Jahre alte versteinerte Algen als Analog für potenzielle Überreste aus der Antike - aber die Ingenieure müssen sicherstellen, dass LEMUR sie sehen kann. "Wenn wir versuchen, auf Klippenwänden des Mars oder auf anderen Planeten nach Leben zu suchen, sollten wir nach den ältesten Spuren des Lebens auf der Erde suchen und unsere Instrumente dort testen", sagt Parness. "Wenn wir das Leben auf unserem eigenen Planeten nicht nachweisen können, was gibt uns dann die Gewissheit, dass wir es in einer älteren, härteren Stichprobe finden können?"
