Sayang, Mereka Telah Menyusut Rover

Jika para juri Nobel memberikan hadiah untuk prestasi yang berlebihan, kandidat yang baik mungkin adalah robot beroda enam berukuran kotak roti bernama Sojourner. Seiring berjalannya robot, penjelajah yang menjelajahi Mars tahun lalu adalah alat yang sederhana; ia bergerak hanya sekitar dua kaki per menit dan hanya melakukan dua operasi ilmiah sederhana, memotret batu dan membaca tanda kimianya. Dan harga mesinnya hanya juta, dengan misi Pathfinder yang membawanya ke Mars dengan harga 6 juta, seperempat dari biaya penerbangan antariksa tunggal. Tapi Sojourner adalah Robot Energizer Bunny, penjelajah yang terus menjelajah. Para pejabat dengan hati-hati memproyeksikan bahwa itu mungkin beroperasi selama sebulan di Mars; itu mengirim kembali data untuk tiga.



Itu juga menyita imajinasi publik karena tidak ada usaha luar angkasa sejak Neil Armstrong dan Buzz Aldrin menancapkan bendera Amerika Serikat di bulan. Dalam minggu-minggu pertama misi yang memabukkan, beberapa situs Pathfinder World Wide Web NASA mencatat sekitar 45 juta hit per hari. Time dan Newsweek menyetujui pendaratan 4 Juli Pathfinder dan debarkasi berikutnya dari Sojourner sampul simultan dan jenis spread yang biasanya disediakan untuk dimulainya perang atau kematian putri. Mattel segera menjual mainan Sojourner Mighty Wheels untuk pertama kalinya. Pada resepsi pertengahan musim panas, Wakil Presiden Al Gore bercanda bahwa ia telah digantikan oleh Sojourner sebagai robot favorit dunia. Apakah manusia pernah mengidentifikasi begitu dekat dengan
sebuah mesin?

Demikianlah rover dan pendaratnya yang setia menyelamatkan NASA dari stigma dua dekade anugerah yang mahal, bencana fatal, dan harapan yang pupus. Strategi penting dari NASA yang telah direformasi—ekspedisi berawak yang mahal dan berbahaya serta membiarkan robot dan alat eksplorasi jarak jauh lainnya melakukan pekerjaannya—telah berhasil.





Itu baru permulaan. NASA sekarang sedang mempersiapkan generasi penerus penjelajah planet yang akan membuat Sojourner terlihat sangat membosankan: penjelajah untuk melintasi bermil-mil hamparan Mars, mengumpulkan sampel yang sangat jauh untuk diangkut kembali ke Bumi; penetrator untuk menyelidiki dunia hidup yang mungkin terletak di bawah batuan luar angkasa dan kerak es; dan aerobot untuk mengamati planet lain dan bulannya, dari Venus hingga bulan Jupiter, Titan, dan mungkin bahkan Uranus dan Neptunus, dari udara.

Meskipun perangkat ini terlihat eksotis dan liar, semuanya berasal dari perubahan kritis yang sama dalam pendekatan NASA terhadap eksplorasi planet tak berawak hampir sembilan tahun yang lalu-lebih cepat, lebih murah, lebih baik. Perubahan ini dimulai bukan melalui kebijakan resmi NASA tetapi bertentangan dengannya, oleh sekelompok kecil pembuat robot sesat yang melihat cara yang lebih baik untuk pergi ke Mars daripada yang dilihat bos mereka dan yang bekerja secara diam-diam untuk mewujudkan gagasan itu. Menghargai akar dari pemberontakan pembuatan robot membantu dalam memahami mengapa eksplorasi planet sekarang mengambil jalannya.

Pada awalnya



Filosofi yang mendasari lebih cepat, lebih murah, lebih baik lebih sedikit. Dalam penerbangan luar angkasa, massa sama dengan uang-banyak itu-dan kompleksitas berarti risiko. Untuk membuat, katakanlah, rover terjangkau dan andal, buat mereka menjadi seringan dan sesederhana mungkin-25 pon dalam kasus Sojourner, dengan unit pemrosesan tingkat tahun 1970-an 8-bit yang lemah namun kokoh untuk otak. Sejelas strategi ini sekarang, hingga akhir 1980-an Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA berfokus pada pembangunan sesuatu yang sama sekali berbeda: mesin yang benar-benar tangguh dalam ukuran, jangkauan, dan kemampuan komputasi dan operasional-dan biaya. Kendaraan Mars Rover Sampler Return (MRSR) ini akan berukuran panjang hingga 8 kaki dan berat setengah ton. Itu akan dibangun untuk berlayar selama satu setengah tahun di Mars yang dingin, melintasi 700 mil dari medan yang bervariasi dan terjal, mengumpulkan sampel dan membuka jalan untuk misi manusia. Itu akan menelan biaya hingga miliar.

Kemudian realitas fiskal melanda, kenang David Lavery, manajer program penelitian telerobotik NASA. Kami menyadari itu tidak akan terjadi.

aplikasi untuk belajar menyanyi

Untungnya, tanpa sepengetahuan para petinggi NASA, sebuah alternatif menunggu di laboratorium belakang di JPL—eksperimen yang diabaikan dalam otomatisasi dan penyederhanaan robot. Bahkan ketika JPL sebagai sebuah institusi mengejar impian MRSR sampai ke jalan buntu, sekelompok kecil penjelajah pemula dan kelompok pemberontak kecerdasan buatan lainnya, keduanya di JPL, diam-diam mencari solusi mereka sendiri.

Upaya tersebut dimulai pada tahun 1988, ketika Howard Eisen, sekarang kepala insinyur mobilitas untuk rover JPL, meninggalkan studi pascasarjananya di MIT untuk bekerja di lab. Dia membawa serta proyek tesis yang sangat tepat: membangun model skala seperdelapan dari MRSR yang perkasa. Dia menemukan bahwa model, dipandu oleh tambatan listrik, tampil jauh lebih baik dari yang diharapkan. Memang, roda lima incinya bisa memanjat benda setinggi delapan inci. Jadi mungkin MRSR jumbo tidak diperlukan, pikirnya; bisakah platform yang jauh lebih kecil menegosiasikan permukaan berbatu Mars?



Eisen dan rekan-rekan JPL-nya mulai membangun platform semacam itu dengan bekerja sendiri di garasi insinyur (dan mantan hot-rodder) Don Bickler. Setelah beberapa kali percobaan, Bickler menemukan sasis beroda enam yang dapat mempertahankan bobot dan traksi yang merata pada semua rodanya. Para insinyur menyebutnya rocker/bogey setelah dua elemen mekanis utamanya dan dengan segala hormat menamai prototipe rover berikutnya Rocky. Semua orang bercanda apakah kami akan memiliki sekuel sebanyak film Rocky, kenang Eisen. (Mereka akan.)

Di tengah-tengah pembangunan Rocky pertama, rover renegades memperoleh ruang lab di JPL dan mendapatkan kolaborator baru: tim desainer kecerdasan buatan (AI). Terinspirasi oleh pendekatan arsitektur subsumsi dari robot perintis AI MIT Rodney Brooks yang merancang robot untuk beroperasi menggunakan hierarki reaksi sederhana terhadap rangsangan-David Miller, pendatang baru di bagian AI JPL, mempekerjakan siswa Brooks Colin Angle untuk musim panas. Di MIT Angle telah menciptakan robot Jenghis perintis, yang meskipun memiliki kekuatan otak yang rendah dapat secara mandiri melakukan fungsi yang cukup kompleks-mengumpulkan semua cangkir kopi di kantor. (Mesin itu sekarang ada di National Air and Space Museum.) Di JPL, Angle membuat robot serupa bernama Tooth menggunakan sasis mobil model, dengan harga kurang dari 0 untuk suku cadang dan .000 untuk tenaga kerja. Kendala saya hanya, Angle ingat, adalah saya tidak bisa menghabiskan lebih dari untuk setiap bagian, sehingga semua bisa keluar dari kas kecil.

Miller dan rekan satu timnya melihat potensi mekanik Rocky yang dikembangkan kelompok Bickler. Mengawinkan otak elektronik Tooth ke tubuh Rocky 3, mereka menciptakan rover otonom pertama yang dapat beroperasi di luar ruangan, di tanah yang sebenarnya.

Manajer JPL terkesan, tetapi masih terikat dengan MRSR besar mereka. Kemudian anggota Kongres melolong karena biayanya dan proyek itu mati. Sementara itu NASA telah menemukan dana untuk satu pendarat Pathfinder kecil dan mencari sesuatu untuk dibawa di atasnya. Saya berkata, Kami kebetulan memiliki satu penjelajah ini,' kenang Miller. Akhirnya para pemberontak memiliki misi yang sebenarnya untuk dikerjakan.

Tapi tidak lama. Seperti yang sering terjadi ketika inovasi disalurkan ke arus utama, para inovator ditinggalkan begitu saja. Miller dan rekan satu timnya kehilangan kendali atas proyek Rocky, dan semua kecuali satu dari mereka meninggalkan JPL ke sektor swasta. Anggaran Rover meningkat, begitu pula jadwal. Kelompok Miller hanya membutuhkan waktu satu setengah tahun untuk berkembang dari Tooth ke Rocky generasi keempat, tetapi JPL kemudian membutuhkan lima tahun lagi untuk maju ke Sojourner, yang keenam di garis Rocky.

Brian Wilcox dari JPL, yang memimpin proyek microrover setelah Miller, berpendapat bahwa ini adalah respons alami terhadap tantangan membuat teknologi cukup andal untuk bekerja di lingkungan Mars yang keras. Memang, seperti yang tampak bagi pemirsa TV, Pathfinder adalah misi yang agak konservatif; JPL menjangkau kembali ke teknologi perintah yang terbukti benar daripada mencoba operasi yang sepenuhnya otonom. Lebih baik aman daripada berani ketika seluruh dunia menonton.

berapa lama jarak sosial akan bertahan?

Anak-anak Rocky

Tapi sekarang Sojourner telah membuka jalan, penjelajah planet lain dapat menyadari potensi yang hanya diisyaratkannya. Rocky 7-dilengkapi dengan lengan robot dan tiang kamera serta sasis bergaya Sojourner-berjalan di Danau Lavic yang kering di Gurun Mojave. Dasar danau adalah analog Mars yang sangat tepat, berkat para penerbang di pangkalan Twentynine Palms Marine di dekatnya; praktik pengeboman mereka telah membuatnya penuh dengan kawah, kira-kira ribuan yang telah digores asteroid di permukaan Mars.

Pendakian jarak jauh yang dilakukan Rocky 7 di bawah operasi otonom dan dengan sistem sensorik dan navigasi yang ditingkatkan akan sangat penting untuk penjelajah Mars di masa depan. Sojourner merangkak hanya beberapa meter di bawah pengawasan, mata elektronik yang memeriksa posisi kapal induk Pathfinder-nya. Tapi Rocky 8, penjelajah yang tampak untuk misi Mars 2001 dan penerusnya tahun 2003, harus menempuh jarak bermil-mil, mungkin di dataran tinggi yang lebih kasar dan lebih tua di mana jejak kehidupan purba mungkin lebih mungkin ditemukan. NASA ingin para penjelajah ini menyimpan sampel-sampel menarik yang akan diambil oleh mesin ketiga—yang lebih tangguh, penjelajah yang lebih khusus—dijadwalkan untuk diambil pada tahun 2005 dengan bantuan suar elektronik yang tersisa dengan cache. Penjelajah itu mungkin harus mengangkut sampel lebih jauh lagi ke pendarat untuk kembali ke Bumi dan pemeriksaan dekat yang akhirnya dapat menyelesaikan pertanyaan tentang kehidupan di Mars.

Mencakup lebih banyak tanah hanyalah salah satu dari banyak tantangan yang akan datang bagi para pembuat rover. Lainnya berkisar pada anggaran yang lebih terbatas. Steve Saunders, kepala ilmuwan proyek JPL untuk misi Mars 2001, mencatat bahwa kendaraan masa depan harus bergantung pada lebih sedikit keterlibatan manusia. Sementara misi Pathfinder ditempati hingga 10 orang beberapa bulan setelah pendaratan dengan hal-hal seperti kontrol dan pemecahan masalah, anggaran Mars 2001 memungkinkan untuk tim operasi sekitar 4. Penjelajah berikutnya juga harus lebih murah, mengendarai roket yang lebih kecil, berbuat lebih banyak sains (NASA masih mencari tahu persis apa) dan berjalan 3 kali lebih lama dari Sojourner. Dan selain dari faktor moneter, mereka harus bertahan pada kisaran suhu yang lebih luas daripada yang dilakukan Sojourner (para ahli memperkirakan dinginnya Mars akhirnya membungkam misi Pathfinder).

kamera satelit untuk pengawasan

Sebagian besar harapan untuk memenuhi tantangan ini bertumpu pada komposit grafit baru yang dibuat oleh divisi sistem mekanis JPL. Menggunakan komposit yang konsisten di seluruh rover dapat mengurangi pendinginan dan kontraksi diferensial destruktif yang sekarang terjadi ketika berbagai logam digunakan, membuat alat berat tidak terlalu rentan terhadap perubahan suhu. Dan komposit dapat mengurangi lebih banyak bobot dari muatan akhir, sehingga mengurangi biaya. Sudah, sebuah prototipe Rover Ringan Bertahan untuk misi '05 beratnya hanya 15 pon-dua-pertiga sebanyak Sojourner-sambil meregangkan lebih dari satu setengah kali lebih panjang dan lebar dan berdiri hampir dua kali lebih tinggi, satu kaki dari tanah.

Selanjutnya, roda prototipe ini runtuh menjadi sepertiga dari volume yang diperpanjang dan dengan demikian dapat dikemas ke dalam kapsul penerbangan yang lebih kecil, kata Paul Schenker, pemimpin penelitian dan pengembangan divisi tersebut. Kami memperluas ide itu ke seluruh rangka rover, tambahnya, bersumpah untuk membuat rover pengambilan sampel benar-benar dapat dilipat dan karenanya lebih murah untuk dikirim.

Kemajuan terbesar tim Schenker adalah dalam membangun senjata dari komposit ringan. Satu lengan, semuanya komposit hingga ke motornya, beratnya hanya sekitar delapan pon tetapi dapat memanjang hingga sekitar enam kaki, menggali parit, mengangkat dan menyimpan sampel, dan memasang kamera mikro. Yang lain, dengan berat dua pon, dapat mengangkat beberapa kali beratnya sendiri, sebagian karena motor ultrasonik (disebut demikian karena mereka berputar pada frekuensi yang tidak terdengar). Motor seperti itu memaksimalkan torsi, sehingga traksi dan daya ungkit-pada kecepatan sangat rendah, yang Anda inginkan untuk penggunaan di luar bumi, di mana kecepatan tinggi meningkatkan risiko kecelakaan dan memerlukan lebih banyak pemrosesan informasi. Selain itu, motor ultrasonik kecepatan rendah tidak memerlukan gearbox seperti yang dilakukan motor konvensional untuk mengurangi putarannya ke kecepatan yang berguna. Menghilangkan gearbox menghilangkan lebih banyak bobot; lagi, kurang lebih.

Pada saat rover ultralight dengan jangkauan rumah kos siap untuk terbang, esai yang lebih dramatis dalam miniaturisasi rover mungkin telah membuktikan dirinya dalam pendaratan pertama di asteroid. Sekali lagi, kebutuhan, dalam bentuk pembatasan muatan, adalah induk dari desain. Pada bulan September 2003, misi luar angkasa Jepang yang dikenal sebagai Muses-C dijadwalkan mendarat di asteroid Nereus yang melintasi bumi dengan lebar setengah mil. Rencananya adalah untuk mendarat di tiga lokasi (mengangkat dan mendarat lagi membutuhkan sedikit daya dalam gravitasi rendah asteroid), mengumpulkan sampel, dan mengirimkannya ke bumi pada Januari 2006 menggunakan parasut yang dijatuhkan dari penerbangan luar angkasa. Tapi pertama-tama Muses-C harus menurunkan penumpang-penjelajah Amerika.

Ketika Institute of Space and Astronomical Science (ISAS) Jepang datang ke NASA mencari bantuan teknis di Muses-C, itu menawarkan NASA kesempatan untuk mengisi ruang kargo pendarat yang tidak terpakai. Orang Amerika berpikir untuk mengirim pelengkap instrumen ilmiah, tetapi memutuskan bahwa jika ini dilampirkan ke pendarat, mereka hanya akan menduplikasi upaya Jepang. Lebih baik mengirim rover untuk menjelajahi bagian lain Nereus.

Hanya satu halangan: Muses-C hanya memiliki kapasitas kargo ekstra senilai dua pon, dengan setengahnya diperlukan untuk komputer dan peralatan komunikasi agar NASA dapat berbicara langsung dengan rover. Ergo langkah berikutnya dalam miniaturisasi: nanorover satu pon. (Ini adalah istilah seni, karena nanoteknologi biasanya mengacu pada pekerjaan di tingkat molekuler. Tapi apa lagi yang Anda sebut mesin seperdua puluh ukuran microrover?) Instrumen sains nanorover akan lebih canggih daripada Sojourner yang relatif besar. : spektrometer inframerah untuk membaca tanda kimia oleh sinar inframerah, kamera pencitraan dengan roda filter delapan posisi untuk membaca berbagai spektrum cahaya, dan mungkin spektrometer sinar-x. Tetapi mesin akan memiliki sasis yang jauh lebih sederhana. Prototipe saat ini hanya memiliki dua roda, yang akan tergelincir dan bahkan terbalik (dan kemudian ke kanan). Di asteroid, di mana benturannya sangat ringan, kemiringan seperti itu tidak akan menjadi bencana di planet berukuran penuh. Dalam gravitasi rendah, di mana sulit untuk berhenti, gerakan seperti itu tidak dapat dihindari.

daftar teknologi modern

Sebuah asteroid menghadirkan tantangan suhu yang lebih menakutkan daripada Mars. Brian Wilcox, supervisor grup robotika JPL, mencatat bahwa Sojourner hanya beroperasi ketika hangat-setelah insulasi gelnya telah menjebak cukup panas setiap hari. Tetapi isolasi adalah sia-sia pada sesuatu yang sekecil nanorover, dengan luas permukaan yang proporsional tinggi. Dan para penjelajah asteroid harus bersiap menghadapi fluktuasi suhu 250 derajat Celcius dari siang hingga malam. Komponen listrik biasanya hanya dinilai hingga kisaran suhu mobil-sekitar 120 derajat. Menemukan komponen yang dapat menangani minus-125 derajat adalah tantangan utama, kata insinyur sistem JPL Rick Welch, yang telah mengerjakan nanorover. Bagian-bagian yang sesuai cenderung merupakan semikonduktor-elektronik oksida logam pelengkap-CMOS, yang mempertahankan konduktivitas dan bekerja pada suhu yang sangat rendah. Penjelajah asteroid akan menjadi penjelajah malam; pada hari [terik], kami akan mematikannya saja, catatnya.

Selama empat tahun terakhir, JPL telah mengerjakan gagasan eksplorasi udara juga: aerobot, balon robot otonom yang dapat mencakup wilayah yang jauh lebih luas daripada penjelajah darat mana pun sambil menghasilkan fotografi dengan resolusi yang jauh lebih tinggi daripada yang bisa dilakukan oleh satelit. Idenya bukan novel; pada tahun 1985 Soviet dan Prancis mengirim balon survei ke Venus. Performanya singkat tapi bagus, terombang-ambing ke atas ketika mendekati permukaan Venutian yang panas dan gas-gas di dalam kantongnya mengembang, lalu ke bawah ketika menabrak stratosfer yang dingin dan gas-gas itu mengembun.

Tapi aerobots yang dirancang JPL (dan yang akan meluncurkan test bed awal tahun ini) jauh lebih canggih. Alih-alih mengambang pada ketinggian konstan, mereka akan mengontrol ketinggian mereka melalui katup yang dapat melepaskan atau membatasi gas yang memberi mereka daya apung. Dengan demikian, jelas insinyur sistem aerobot JPL Aaron Bachelder, mereka akan dapat melayang selama beberapa waktu (mungkin sekitar satu jam di atas Venus, karena panas yang dahsyat, sekitar 460 derajat Celcius di permukaannya). Kemudian mereka akan mundur ke stratosfer untuk mendinginkan diri. Pelengkap fleksibel yang panjang seperti ular akan melindungi dari benturan dengan memindahkan beban dari aerobot ke tanah jika balon melayang terlalu rendah. Aerobots juga akan berisi instrumen penginderaan dan ilmiah yang disederhanakan untuk studi permukaan dari dekat. Dan, manajer proyek khusus JPL Jim Cutts menegaskan, mereka benar-benar telah terbukti tidak menangkap batu dalam uji coba bumi oleh Prancis. Dia menambahkan, mengambil halaman dari buku permainan nanorover, bahwa krunya sedang merancang aerobot yang cukup ringan-sekitar 22 pon-untuk menumpang dengan misi lain.

NASA memperkirakan Venus sebagai tujuan aerobot pertama, karena panasnya yang terlalu besar untuk penjelajah darat menjadikan planet itu pilihan optimal untuk balon. Dan angin Venus yang dapat diprediksi juga menjadikannya tempat yang lebih mudah untuk merencanakan rute perangkat daripada Mars yang berangin kencang. Tapi sekarang setelah kemenangan Pathfinder membuat Mars menjadi modis, Cutts juga berharap untuk mengirim aerobot ke Mars pada tahun 2003-mungkin mengendarai bersama dengan penjelajah pemburu batu tahun itu.

Prospek Aerobots tidak berakhir dengan dua planet terdekat. JPL juga telah membuat sketsa misi aerobot ke bulan Jovian Titan dan planet gas luar. Karena planet-planet tersebut memiliki atmosfer yang jauh lebih ringan, balon gas ringan tidak akan bekerja pada mereka seperti yang diharapkan pada planet padat. Dan misi ke Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus akan bergantung pada teknologi yang berbeda dan terhormat: balon udara panas, yang dipanaskan oleh radiasi infra merah planet itu sendiri.

Jika aerobot berjalan dengan baik, teknologi akan menjadi lingkaran penuh; balon, bentuk transportasi udara paling awal, akan terbang di garda depan eksplorasi planet. Itu hanya satu lagi indikasi keragaman dalam pendekatan yang telah digunakan NASA dalam delapan tahun sejak berhenti menggantungkan harapannya untuk penyelidikan pada satu penjelajah Mars besar.

bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan