Resumen (Dic. 08, 2005): Durante los últimos años, la NASA ha estado animando a científicos e ingenieros a que “piensen diferente”, a que den con ideas justo de este lado de la ciencia ficción. Uno de los proyectos que recibieron fondos este año fue una colaboración entre la Dra. Penelope Boston y el Dr. Steven Dubowsky para desarrollar “microbots saltarines” capaces de explorar terreno peligroso, incluyendo cuevas subterráneas.

aquí para agrandar la imagen. Crédito de la imagen: generada por R.D.Gus Frederick " width="150"> Pelotas Robot, o MicroBots planetarios. Haga clic aquí para agrandar la imagen. Crédito de la imagen: generada por R.D.Gus Frederick

Si se quiere viajar a estrellas distantes o encontrar vida en otro planeta, se requiere algo de planeación. Es por ello que la NASA ha establecido el NIAC, siglas en inglés del Instituto para Conceptos Avanzados de la NASA. Durante los últimos años, la NASA ha estado animando a científicos e ingenieros a pensar diferente, a que den con ideas justo de este lado de la ciencia ficción. Esperan que algunas de estas ideas fructifiquen y le proporcionen a la agencia tecnologías que pueda usar dentro de 20, 30 o 40 años.

El NIAC proporciona fondos según la competitividad de los proyectos. De entre una docena de propuestas, tan solo unas cuantas los consiguen. Los fondos de la Fase I son mínimos, apenas lo suficiente para que los investigadores pongan su idea en blanco y negro. Si la idea parece meritoria, entonces se pueden obtener fondos de la Fase II, lo que permite que continúe la investigación, pasando de la etapa de concepto puro a la de prototipo rudimentario.

Uno de los proyectos que recibieron fondos de la Fase II este año fue una colaboración entre la Dra. Penelope Boston y el Dr. Steven Dubowsky para desarrollar “microbots saltarines” capaces de explorar terreno peligroso, incluyendo cuevas. Si el proyecto cuaja, los microbots saltarines podrían algún día ser enviados a buscar vida bajo la superficie de Marte.

Boston pasa mucho tiempo en cuevas, estudiando los microorganismos que viven allí. Ella es directora del Programa de Estudios de Cuevas y Karst y es Profesora Asociada del Tecnológico de Nuevo México en Socorro, Nuevo México. Dubowsky es el director del Laboratorio de Campo y Robótica Espacial del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts), en Cambridge, Massachusetts. Es conocido por sus investigaciones sobre músculos artificiales.

Astrobiology Magazine entrevistó a Boston poco después de que ella y Dubowsky recibieran la subvención de Fase II del NIAC. Esta es la primera parte de las dos que conforman la entrevista.

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Astrobiology Magazine (AM): Usted y el Dr. Steven Dubowsky recibieron hace poco fondos del NIAC para trabajar en la idea de usar robots en miniatura para explorar las cuevas bajo la superficie marciana. ¿Cómo lo consiguieron?

Aparato de energía biestable. Crédito de la imagen: generada por R.D.Gus Frederick " width="150"> Aparato de energía biestable. Crédito de la imagen: generada por R.D.Gus Frederick

Penny Boston (PB): Hemos trabajado bastante en cuevas terrestres, enfocados a los habitantes microbianos de estos ambientes únicos. Creemos que éstos pueden servir como guía para buscar formas de vida en Marte y otros cuerpos extraterrestres. En 1992 publiqué un artículo, junto a Chris McKay y Michael Ivanov, sugiriendo que la subsuperficie de Marte sería el último refugio para la vida en ese planeta mientras se enfriaba y secaba en tiempos geológicos. Eso nos llevó a buscar bajo la superficie de la Tierra. Cuando lo hicimos, descubrimos que hay una increíble variedad de organismos que al parecer son originarios de la subsuperficie. Interactúan con la mineralogía y producen biofirmas únicas. Así que se convirtió en un área de estudio muy fértil.

Acceder a cuevas difíciles aún en este planeta no es tan fácil. Pasar eso a misiones robóticas extraterrestres requiere algo de reflexión. Tenemos buenos datos de imágenes de Marte que muestran evidencia geomorfológica distintiva de al menos cuevas formadas por conductos de lava. Así que sabemos que Marte tiene al menos un tipo de cueva que podría ser un objetivo científico útil en misiones futuras. Es factible pensar que hay también otros tipos de cuevas y tenemos en prensa otro artículo en el Geological Society of America Special Paper en el que se exploran mecanismos de formación de cavernas (espeleogenéticos) en Marte. El punto importante es cómo moverse en un terreno tan severo y difícil.

AM: ¿Puede describir lo que hicieron en la primera fase del proyecto?

PB: En la Fase I, queríamos enfocarnos a unidades robóticas que fueran pequeñas, muy numerosas (y por ello, prescindibles), mayormente autónomas y que tuvieran la movilidad necesaria para andar por terrenos escabrosos. Basándonos en el trabajo del Dr. Dubowsky sobre movimiento robótico activado por músculos artificiales, tuvimos la idea de usar muchas, muchas esferas diminutas, más o menos del tamaño de pelotas de tenis que esencialmente brinquen, casi como frijoles saltarines. Guardan energía muscular, para decirlo de algún modo, y después saltan en varias direcciones. Así es como se mueven.

aquí para agrandar la imagen. Crédito de la Imagen: realizada por R.D.Gus Frederick " width="150"> Escenario planetario para la Exploración a gran escala de la superficie y subsuperficie planetaria. Haga clic aquí para agrandar la imagen. Crédito de la Imagen: realizada por R.D.Gus Frederick

Hemos calculado que probablemente podríamos empacar como mil de estos pequeños en una carga de uno de los actuales MER (Rovers de Exploración Marciana). Ello nos daría la flexibilidad de perder un alto porcentaje de las unidades y aún así tener una red que pudiera explorar, tomar mediciones e imágenes y talvez hasta realizar otras funciones científicas.

AM: ¿Cómo se coordinan estas esferas unas con otras?

PB: Se comportan como un enjambre. Se relacionan unas con otras siguiendo reglas muy simples, pero eso da una gran flexibilidad a su comportamiento colectivo y les permite lidiar con las exigencias de un terreno impredecible y peligroso. El mejor producto que estamos imaginando es una flota de estos pequeños siendo enviada a algún lugar de aterrizaje promisorio, saliendo del módulo y después moviéndose hacia la subsuperficie o hacia otro terreno peligroso en donde se desplegarían como una red. Crearían una red de comunicación celular, con una base nodo-a-nodo.

AM: ¿Pueden controlar la dirección en la que saltan?

PB: Esperamos que finalmente sean muy capaces de hacerlo. Al pasar a la Fase II, estamos trabajando con Fritz Printz en Stanford sobre las células de combustible miniatura para dar energía a estos pequeños, lo que les permitiría hacer una compleja variedad de cosas. Una de esas capacidades es tener algo de control sobre la dirección en la que se mueven. Hay algunas formas en las que se pueden construir y que les permitirían ir preferentemente en una dirección que en otra. No es tan preciso como lo sería si fueran rovers con ruedas siguiendo un camino recto. Pero pueden inclinarse preferentemente más o menos en la dirección en la que desean ir. Así que estamos previendo que podrían tener al menos un control burdo sobre la dirección. Pero mucho de su valor se relaciona con el movimiento del enjambre como una nube en expansión.

Por maravillosos que sean los vehículos MER, para el tipo de ciencia que yo hago necesito algo más parecido a la idea vanguardista del robot insecto de Rodney Brooks en el MIT. Hace tiempo que me atrae la idea de ser capaces de copiar el modelo de inteligencia y adaptación insectil a la exploración. Añadiendo eso a la movilidad única proporcionada por la idea de saltar del Dr. Dubowsky, creo que permitiría que un porcentaje razonable de estas pequeñas unidades sobreviviera los peligros del terreno de subsuperficie – me parece simplemente una combinación mágica.

HB: ¿Alguna de ellas fue construida en la Fase I?

PB: No. La Fase I, con el NIAC, es un periodo de estudio de seis meses para exprimir el cerebro y arrastrar el lápiz para revisar lo último en las tecnologías relevantes. En la Fase II vamos a hacer algunos prototipos y pruebas de campo, durante un periodo de dos años. Esto es mucho menos de lo que se necesitaría para una misión real. Pero, claro, estas son las indicaciones del NIAC, examinar tecnología a 10 o 40 años. Creemos que será posible de aquí a 10 o 20 años.

Pelotas Robot camufladas del tamaño de pelotas de béisbol. Crédito de la imagen: creada por R.D.Gus Frederick " width="150"> Pelotas Robot camufladas del tamaño de pelotas de béisbol. Crédito de la imagen: creada por R.D.Gus Frederick

AM: ¿Qué tipo de sensores o equipo científico imagina que pueda ponerse en estos objetos?

PB: Tomar imágenes es ciertamente algo que nos gustaría hacer. Conforme las cámaras se vuelven increíblemente diminutas y robustas, ya existen unidades en el rango de tamaños que podrían ser montadas sobre estos objetos. Posiblemente algunas de las unidades podrían tener capacidad de hacer acercamientos, de tal manera que se pudieran observar las texturas de los materiales sobre los cuales se posen. Integrar imágenes tomadas por cámaras diminutas en muchas unidades diferentes es una de las áreas para desarrollo futuro. Eso está más allá del alcance de este proyecto, pero es en lo que estamos pensando para toma de imágenes. Por supuesto además de sensores químicos capaces de oler y percibir el ambiente químico, lo cual resulta crítico. De todo, desde diminutos láser hasta electrodos selectivos de iones para gases.

Prevemos que no sean todos idénticos sino un conjunto, con suficientes de cada tipo de unidad conteniendo diferentes tipos de sensores de tal modo que la probabilidad de mantener una gama completa de sensores sea alta aún si se pierde una cantidad considerable de unidades.

AM: ¿Será posible realizar pruebas biológicas?

PB: Eso creo. Particularmente si imaginamos el marco de tiempo en cuestión, con los avances que surgen día a día, desde puntos quantum hasta aparatos laboratorio-en-un chip. Claro que lo difícil es obtener muestras de ellos. Pero cuando se trata de pequeñas unidades de contacto con el suelo como nuestros microbots saltarines, tal vez podamos posicionarlos directamente sobre el material que se quiere examinar. En combinación con la microscopía y las imágenes de campo extenso, creo que existe la capacidad de hacer trabajo biológico en forma.

AM: ¿Tiene idea de qué piedras angulares esperan conseguir durante el proyecto de dos años?

Penny Boston y Diana Northup midiendo el pH o ORP en el pasaje Ragu (Cueva de las Sardinas. Tabasco, Mexico). Crédito: Kenneth Ingham, 2001

PB: Anticipamos que para marzo tendremos prototipos rudimentarios que tengan la movilidad necesaria. Pero esto podría ser demasiado ambicioso. Una vez que tengamos unidades móviles, planeamos hacer pruebas de campo en cuevas de conductos de lava en las que estamos haciendo estudios en Nuevo México.

El sitio de las pruebas de campo ya ha sido estudiado. Como parte de la Fase I, el grupo del MIT vino y les enseñé un poco sobre espeleología y sobre cómo es realmente el terreno. Les abrió los ojos. Una cosa es diseñar robots en los salones del MIT y otra muy distinta diseñarlos para ambientes rocosos reales. Fue una experiencia muy instructiva para todos nosotros. Creo que ellos ahora tienen una muy buena idea de las condiciones que deberán enfrentar con su diseño.

AM: ¿Cuáles son esas condiciones?

PB: Terreno extremadamente disparejo, con muchas grietas en las que estos pequeños podrían quedarse temporalmente atorados. Así que necesitaremos formas de operar que les permitan zafarse ellos mismos, con al menos una probabilidad razonable de éxito. Los retos para la comunicación en línea visual en una superficie muy escabrosa. Pasar por encima de grandes piedras. Quedarse atorados en pequeñas hendiduras. Cosas de ese estilo.

La lava no es lisa. El interior de los conductos de lava es intrínsicamente liso después de que se forman pero hay mucho material que se contrae, se rompe y cae. Así que hay pilas de escombros que rodear o trepar y muchos cambios de elevación. Y estas son cosas que los robots convencionales no pueden hacer.