MicroBots planétaires. Crédit image: NASA Cliquez pour agrandir
Entretien avec Penny Boston, partie I
Si vous voulez voyager vers des étoiles lointaines ou trouver la vie dans un autre monde, il faut un peu de planification. C’est pourquoi la NASA a créé le NIAC, le NASA Institute for Advanced Concepts. Au cours des dernières années, la NASA a encouragé les scientifiques et les ingénieurs à sortir des sentiers battus, à trouver des idées juste de ce côté de la science-fiction. Ils espèrent que certaines de ces idées aboutiront et fourniront à l'agence les technologies qu'elle pourra utiliser dans 20, 30 ou 40 ans.
Le NIAC fournit un financement sur une base concurrentielle. Seule une poignée des dizaines de propositions soumises sont financées. Le financement de la phase I est minime, juste assez pour que les chercheurs développent leur idée sur papier. Si l'idée est valable, elle pourra alors bénéficier d'un financement de la phase II, permettant à la recherche de passer du stade de concept pur au stade de prototype brut.
Un des projets qui a reçu un financement de la Phase II au début de cette année était une collaboration entre le Dr Penelope Boston et le Dr Steven Dubowsky pour développer des «microbots sauteurs» capables d'explorer des terrains dangereux, y compris des grottes souterraines. Si le projet se déroule, des microbots sautants pourraient un jour être envoyés à la recherche de vie sous la surface de Mars.
Boston passe beaucoup de temps dans des grottes, étudiant les micro-organismes qui y vivent. Elle est directrice du programme d'études sur les grottes et le karst et professeur agrégée à New Mexico Tech à Socorro, au Nouveau-Mexique. Dubowsky est le directeur du MIT Field and Space Robotics Laboratory au MIT, à Cambridge, Massachusetts. Il est connu en partie pour ses recherches sur les muscles artificiels.
Astrobiology Magazine a interviewé Boston peu de temps après qu'elle et Dubowsky ont reçu leur subvention NIAC de phase II. Il s'agit du premier d'une interview en deux parties. Astrobiology Magazine (AM): Vous et le Dr Steven Dubowsky avez récemment reçu un financement du NIAC pour travailler sur l'idée d'utiliser des robots miniatures pour explorer les grottes souterraines sur Mars? Comment est né ce projet?
Penny Boston (PB): Nous avons fait beaucoup de travail dans les grottes de la Terre en vue de regarder les habitants microbiens de ces environnements uniques. Nous pensons qu'ils peuvent servir de modèles pour rechercher des formes de vie sur Mars et d'autres corps extraterrestres. J'ai publié un article en 1992, avec Chris McKay et Michael Ivanov, suggérant que la subsurface de Mars serait le dernier refuge de la vie sur cette planète alors qu'elle devenait plus froide et plus sèche avec le temps géologique. Cela nous a amenés à étudier le sous-sol sur Terre. Lorsque nous l'avons fait, nous avons découvert qu'il existe un éventail incroyable d'organismes qui sont apparemment indigènes à la subsurface. Ils interagissent avec la minéralogie et produisent des biosignatures uniques. C'est donc devenu un domaine très fertile pour nous d'étudier.
Entrer dans des grottes difficiles, même sur cette planète, n'est pas si simple. Traduire cela en missions extraterrestres robotiques nécessite une certaine réflexion. Nous avons de bonnes données d'imagerie de Mars montrant des preuves géomorphologiques distinctes d'au moins des grottes de tubes de lave. Nous savons donc que Mars possède au moins ce type de grotte qui pourrait être une cible scientifique utile pour de futures missions. Il est plausible de penser qu'il existe également d'autres types de grottes et nous avons un article sous presse dans un prochain article spécial de la Geological Society of America explorant des mécanismes uniques de formation de grottes (spéléogénétiques) sur Mars. Le gros problème est de savoir comment se déplacer sur un terrain aussi rigoureux et difficile.
AM: Pouvez-vous décrire ce que vous avez fait dans la première phase du projet?
PB: Dans la phase I, nous voulions nous concentrer sur des unités robotiques qui étaient petites, très nombreuses (donc extensibles), largement autonomes, et qui avaient la mobilité nécessaire pour entrer sur des terrains accidentés. Sur la base des travaux en cours du Dr Dubowsky sur le mouvement robotique activé par les muscles artificiels, nous avons eu l’idée de nombreuses, petites et petites sphères, de la taille des balles de tennis, qui sautent essentiellement, presque comme des haricots sauteurs mexicains. Ils emmagasinent de l'énergie musculaire, pour ainsi dire, puis se boink dans différentes directions. C’est comme ça qu’ils bougent.
crédit: Render par R.D.Gus Frederick
Cadre planétaire pour l'exploration planétaire de surfaces et de sous-sols à grande échelle. Cliquez sur l'image pour zoomer.
Crédit d'image: rendu par R.D.Gus Frederick
Nous avons calculé que nous pourrions probablement rassembler environ un millier de ces gars dans une masse de charge utile de la taille de l'un des MER actuels (Mars Exploration Rovers). Cela nous donnerait la flexibilité de subir la perte d'un grand pourcentage des unités et d'avoir toujours un réseau qui pourrait faire de la reconnaissance et de la détection, de l'imagerie et peut-être même d'autres fonctions scientifiques.
AM: Comment toutes ces petites sphères se coordonnent-elles entre elles?
PB: Ils se comportent comme un essaim. Ils sont liés les uns aux autres à l'aide de règles très simples, mais cela produit une grande flexibilité dans leur comportement collectif qui leur permet de répondre aux exigences d'un terrain imprévisible et dangereux. Le produit ultime que nous envisageons est une flotte de ces petits gars envoyés sur un site d'atterrissage prometteur, sortant de l'atterrisseur et se dirigeant ensuite vers un sous-sol ou un autre terrain dangereux, où ils se déploient en réseau. Ils créent un réseau de communication cellulaire, nœud à nœud.
AM: Sont-ils capables de contrôler la direction dans laquelle ils sautent?
PB: Nous aspirons à ce qu'ils soient finalement très capables. Alors que nous entrons dans la phase II, nous travaillons avec Fritz Printz à Stanford sur des piles à combustible ultra-miniatures pour alimenter ces petits gars, ce qui leur permettrait de faire un éventail assez complexe de choses. L'une de ces capacités est d'avoir un certain contrôle sur la direction dans laquelle ils vont. Il existe certaines façons de les construire qui peuvent leur permettre d'aller préférentiellement dans un sens ou dans un autre. Ce n’est pas aussi précis que si c’était des rovers à roues qui se dirigeaient tout droit. Mais ils peuvent préférentiellement s'incliner plus ou moins dans la direction qu'ils souhaitent prendre. Nous envisageons donc qu'ils auront au moins un contrôle brut sur la direction. Mais une grande partie de leur valeur est liée à leur mouvement d'essaim en tant que nuage en expansion.
Aussi merveilleux que soient les rovers MER, pour le genre de science que je fais, j'ai besoin de quelque chose de plus proche de l'idée du robot insecte lancée par Rodney Brooks au MIT. Être capable de puiser dans le modèle de l'intelligence des insectes et de l'adaptation à l'exploration m'attirait depuis longtemps. Ajoutant cela à la mobilité unique fournie par l'idée de saut du Dr Dubowsky, je pense, peut permettre à un pourcentage raisonnable de ces petites unités de survivre aux dangers du terrain souterrain - cela me semblait juste une combinaison magique.
HB: Donc, dans la phase I, est-ce que certains d'entre eux ont été construits?
PB: Non. La phase I, avec le NIAC, est une étude de six mois sur la fatigue cérébrale et la poussée des crayons, afin d'étudier l'état de l'art des technologies pertinentes. Au cours de la phase II, nous allons effectuer une quantité limitée de prototypage et de tests sur le terrain, sur une période de deux ans. C'est bien moins que ce dont on pourrait avoir besoin pour une véritable mission. Mais, bien sûr, tel est le mandat du NIAC, d’examiner la technologie dans 10 à 40 ans. Nous pensons que cela se situe probablement entre 10 et 20 ans.
AM: Quels types de capteurs ou d'équipements scientifiques imaginez-vous pouvoir mettre sur ces choses?
PB: L'imagerie est clairement quelque chose que nous aimerions faire. Comme les caméras deviennent incroyablement minuscules et robustes, il existe déjà des unités dans la gamme de taille qui pourraient être montées sur ces choses. Peut-être que certaines des unités pourraient être équipées d'une capacité de grossissement, de sorte que l'on pourrait regarder les textures des matériaux sur lesquels elles atterrissent. L'intégration d'images prises par de minuscules caméras sur de nombreuses petites unités différentes est l'un des domaines de développement futur. Cela dépasse la portée de ce projet, mais c'est ce à quoi nous pensons pour l'imagerie. Et puis, certainement des capteurs chimiques, capables de flairer et de détecter l'environnement chimique, ce qui est très critique. Tout, des minuscules nez laser aux électrodes sélectives pour les gaz.
Nous envisageons de les avoir non pas tous identiques, mais plutôt un ensemble, avec suffisamment de différents types d'unités équipés de différents types de capteurs pour que la probabilité soit toujours élevée, même avec des pertes de nombre d'unités assez élevées, que nous aurait toujours une suite complète de capteurs. Même si chaque unité individuelle ne peut pas contenir une charge utile géante de capteurs, vous pourriez en avoir assez pour qu'elle puisse donner un chevauchement significatif avec ses camarades.
AM: Sera-t-il possible de faire des tests biologiques?
PB: Je pense que oui. Surtout si vous imaginez le laps de temps que nous examinons, avec les avancées qui arrivent en ligne avec tout, des points quantiques aux appareils de laboratoire sur puce. Bien sûr, la difficulté est de leur fournir des échantillons. Mais lorsque nous avons affaire à de petites unités en contact avec le sol comme nos microbots sauteurs, vous pourrez peut-être les positionner directement sur le matériau qu'ils souhaitent tester. En combinaison avec la microscopie et l'imagerie à champ plus large, je pense que la capacité est là pour faire un travail biologique sérieux.
AM: Avez-vous une idée des jalons que vous espérez franchir au cours de votre projet de deux ans?
PB: Nous prévoyons que d'ici mars, nous pourrions avoir des prototypes bruts qui ont la mobilité appropriée. Mais cela peut être trop ambitieux. Une fois que nous aurons des unités mobiles, notre plan est de faire des essais sur le terrain dans de véritables grottes de lave sur lesquelles nous faisons des recherches au Nouveau-Mexique.
Le site de terrain est déjà testé. Dans le cadre de la phase I, le groupe MIT est sorti et je leur ai enseigné un peu la spéléologie et la nature réelle du terrain. Ce fut une grande révélation pour eux. C'est une chose de concevoir des robots pour les salles du MIT, mais c'est une autre chose de les concevoir pour des environnements rocheux du monde réel. Ce fut une expérience très éducative pour nous tous. Je pense qu'ils ont une assez bonne idée des conditions auxquelles ils doivent répondre pour leur design.
AM: Quelles sont ces conditions?
PB: Terrain extrêmement irrégulier, beaucoup de crevasses dans lesquelles ces gars pourraient se bloquer temporairement. Nous aurons donc besoin de modes de fonctionnement qui leur permettront de se dégager, au moins avec une chance raisonnable de succès. Les défis de la communication en visibilité directe sur une surface très rugueuse. Surmonter de gros rochers. Se coincer dans de petites fissures. Des choses de ce genre.
La lave n'est pas lisse. L'intérieur des tubes de lave est intrinsèquement lisse après leur formation, mais il y a beaucoup de matériau qui rétrécit et se fissure et tombe. Il y a donc des tas de décombres pour se déplacer et plus, et beaucoup de changements d'altitude. Et ce sont des choses que les robots conventionnels n’ont pas la capacité de faire.
Source d'origine: NASA Astrobiology
