Bionische Roboter ergreifen Maßnahmen. Wie seltsam werden außerirdische Sonden sein?

Kürzlich stellte die NASA einen schlangenartigen Roboter vor, der sich in der Entwicklung befindet und voraussichtlich zum Mond Enceladus reisen und die Eisschicht erkunden soll. Angesichts der Tatsache, dass sich das Klima und die geografischen Bedingungen fremder Planeten stark von denen der Erde unterscheiden, stellt sich die Frage, welche einzigartigen Konstruktionen die Sonde annehmen könnte, um ihre Mission zu erfüllen? Welche Tricks werden sie anwenden, um sich an die neue Umgebung anzupassen?

Roboterschlange fordert die Eiswelt heraus

Dieser amerikanische schlangenartige Roboter hat eine wichtige Aufgabe übernommen und sein wissenschaftlicher Name lautet „Cosmic Biological Existing Life Surveyor“. Wie der Name schon sagt, besteht seine Hauptaufgabe darin, die unbekannte Welt unter dem Eis auf der Oberfläche von Enceladus zu erforschen, um zu überprüfen, ob es im Universum nur auf der Erde Leben gibt.

Forschungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass der Ozean von Enceladus wahrscheinlich alle sechs Grundelemente für die Entstehung von Leben enthält und dass die Eisschicht von Enceladus Aminosäuren enthält, die Grundsubstanzen, aus denen Leben besteht. Daher interessieren sich Wissenschaftler schon seit langem dafür, ob es im inneren Ozean von Enceladus Leben gibt. Basierend auf den aktuellen Ergebnissen der Erforschung des Weltraums gilt Enceladus als einer der Exoplaneten, auf denen am wahrscheinlichsten Leben vorkommt.

Nachdem die Sonde jedoch nach unsäglichen Strapazen die Oberfläche von Enceladus erreicht hat, muss sie noch immer unergründliche Eisrisse überwinden (von dort werden große Fontänen mit organischen Molekülen in den Weltraum geschleudert), durch labyrinthartige Eistunnel pendeln und sogar den unbekannten unterirdischen Ozean erkunden, um das „Geheimnis“ des Lebens zu lüften. Da diese Aufgaben für herkömmliche Rover nur schwer zu bewältigen sind, ist es für die Forscher notwendig, auf die Erkenntnisse der Bionik zurückzugreifen. Schließlich sind die Landschaftsformen der Erde reich und vielfältig und die Körperformen verschiedener Tiere haben sich, oft nach Milliarden von Jahren der Erprobung, an bestimmte Umgebungen angepasst.

Als erste Generation schlangenartiger Roboter zur Erforschung außerirdischer Planeten ist der „Cosmic Biological Existing Life Surveyor“ etwa vier Meter lang und wiegt etwa 100 Kilogramm. Sein Rumpf besteht aus 10 identischen rotierenden Segmenten und die Außenseite ist mit 3D-gedruckter „Schlangenhaut“ mit spiralförmigen Kanten bedeckt, um eine gute Haftung auf der glatten Eisoberfläche zu erreichen. Darüber hinaus gibt es Berichte, dass diese Roboterschlange über eine gewisse Selbstreparaturfähigkeit verfügt und bei Bedarf versucht, einer Gefahr selbstständig zu entkommen. Wahrscheinlich wird Memory-Metall verwendet und es gibt ein Notfallverfahren, das dem ähnelt, mit dem sich ein Gecko zum Überleben den Schwanz abschneidet.

Obwohl die NASA nicht viele wichtige Informationen preisgegeben hat, können wir davon ausgehen, dass es auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz der Roboterschlange erhebliche Fortschritte gegeben hat. Auf dem unbekannten Planeten Enceladus begegnet die Roboterschlange fast ständig unerwarteten Schwierigkeiten und Gefahren. Aufgrund der großen Entfernung dauert die einfache Übertragung von Radiosignalen zwischen Saturn und Erde mehr als eine Stunde. Dem Erdteam fehlt offensichtlich die Zeit, die Roboterschlange fernzusteuern. Es scheint, dass die Roboterschlange über eine ausgeprägte Fähigkeit zur Wahrnehmung der Umgebung, zur Selbstidentifikation und zum Urteilsvermögen sowie zur autonomen Entscheidungsfindung und Handlungsfähigkeit verfügen muss.

Zu diesem Zweck statteten die Forscher die Roboterschlange mit vier Paaren Stereokameras und Lidaren aus, die mithilfe von Laserpulsen eine 3D-Karte der Umgebung erstellen können, um eine Echtzeitwahrnehmung zu gewährleisten. Mithilfe digitaler Karten und fortschrittlicher Algorithmen kann es den Gefahrengrad der geplanten Route einschätzen und den sichersten Weg finden. Derzeit wird die Roboterschlange in Gletschern und Vulkangebieten der Erde getestet. Wenn es sich in Zukunft an die örtlichen Gegebenheiten und die Zeit auf der Oberfläche fremder Planeten anpassen und sich an komplexere Missionsgelände anpassen kann, wäre dies ein neuer Durchbruch in der künstlichen Intelligenz im Bereich der Weltraumforschung.

Bionische Roboter sind noch erstaunlicher

Riesige mechanische Skorpione schießen aus den Sanddünen, seltsame mechanische Vögel sausen herab, mechanische Dinosaurier rennen und heulen … Diese aufregenden Szenen, die derzeit nur in Science-Fiction-Filmen und Fernsehsendungen zu sehen sind, könnten in Zukunft auf fernen Planeten zu sehen sein. Was sie jedoch auf fremde Planeten bringen, sind keine blutigen Morde, sondern die unermüdliche Selbstverbesserung der Menschheit bei der Erforschung des Weltraums.

Heutzutage schweben unbemannte Hubschrauber oft tief über dem Mars und ausländische Forscher nutzen die Ergebnisse der Bionik, um Sonden zu entwickeln, die besser an die Marsumgebung angepasst sind. Im Jahr 2018 startete die NASA das Projekt „Mars Bee“, einen simulierten Miniaturroboter, der in seiner Größe einer echten Biene ähnelt und an einer flachen Oberfläche von der Größe eines Fingernagels andocken kann. Allerdings ähneln seine Flügel eher den Flügeln einer Zikade, wodurch sie den Auftrieb der dünnen Luft besser ausnutzen und energieeffizienter fliegen können.

Mit der Weiterentwicklung der Mikroelektronik-Technologie hat die Miniaturisierung der Geräte deutliche Fortschritte gemacht und leichte Roboterbienen können grundlegende Beobachtungsaufgaben übernehmen. In Zukunft könnte nach der Landung eines Landers auf dem Mars ein Schwarm von Dutzenden Roboterbienen losfliegen, um gemäß einem Programm die umliegenden Gebiete zu erkunden. Dabei wird der Schwerpunkt auf der Erkennung großer Höhlen auf der Marsoberfläche und der Suche nach möglichen Spuren von Mikroorganismen liegen. Offensichtlich können mehr Roboterbienen bei gleichen Kosten jede Pore durchdringen und verfügen über eine bessere Anpassungsfähigkeit an spezielle Umgebungen wie Höhlen, wodurch sie ihre Aufgaben effizienter und effektiver ausführen können als große Rover.

Der außerirdische Rover muss ständig auf der Hut sein vor den überall lauernden Trümmern und Schlaglöchern und kommt nur langsam voran. Daher ist es notwendig, sich von diesen „Zwängen“ zu befreien. Mehrrotor-Drohnen, die sich die Schwebefähigkeiten von Insekten oder Vögeln zunutze machen, gleitende aufblasbare Sonden, die sich am stromlinienförmigen Körper von Mantarochen orientieren ... viele Lösungen sind wie Pilze nach dem Regen aus dem Boden geschossen.

Wenn Forscher Bedenken haben, ob die Atmosphäre eines fremden Planeten den stabilen Flug der Sonde unterstützen kann, können sie möglicherweise die Anforderungen senken und die Sonde einfach „hochspringen“ lassen.

Das multinationale Monderkundungsprogramm umfasst Hüpfsonden, die oft nur die Größe eines Baseballs oder einer Faust haben. Einige verwenden eine einbeinige Struktur aus einer Titanlegierung, deren Beinform einer Heuschrecke ähnelt. Sie können über einen Meter hoch springen und sich horizontal mit einer Geschwindigkeit von 15 Kilometern pro Stunde fortbewegen. Manche legen mehr Wert auf Zuverlässigkeit, wie etwa einige Meerestiere, die das hervorstehende Ende der Kugel nutzen, um Kraft zu erzeugen, ein wenig zu hüpfen und dann nach dem Fallen nach vorne zu rollen.

Da Strukturdesign, Materialien, Leistung und andere Bedingungen immer perfekter werden, kann die Sprungsonde eine Lösung im großen Maßstab ausprobieren. Das sogenannte „Maschinenkänguru“ wurde im Ausland vorgeführt. Es hat die Größe eines Koffers, kann bis zu 5 Meter hoch springen und eine horizontale Geschwindigkeit von fast 40 Kilometern pro Stunde erreichen. Diese Lösung stellt höhere Anforderungen an die Geländeerkennungsfähigkeit, Leistung, Stoßfestigkeit usw.

Mit Blick auf die Zukunft wird die leistungsstarke Kombination aus künstlicher Intelligenz und Errungenschaften der Bionik der Weltraumforschung sicherlich einen großen Schub verleihen. Wenn die Menschheit genügend Informationen über das komplexe Terrain fremder Planeten sammelt und in der Materialwissenschaft und Formgebungstechnologie große Durchbrüche erzielt werden, könnte die neue Konzeptsonde nach der Ankunft auf dem Zielplaneten in der Lage sein, intelligente und autonome Entscheidungen zu treffen und sich je nach Geländeform und Klimabedingungen in verschiedene Roboterorganismen zu verwandeln.

Wenn die Roboterdelfine auf den Ozean treffen, schwimmen und springen sie. wenn sie auf Berge treffen, breiten die Roboterfalken ihre Flügel aus und schweben in die Lüfte. wenn sie auf die Ebenen treffen, rennen die Roboterpferde mit großer Geschwindigkeit; wenn sie auf den Wald treffen, klettern und springen die Roboteraffen; selbst bei der Begegnung mit mysteriösen Kreaturen werden mehrere kleine und mittelgroße Detektoren schnell zu großen Kerlen wie dem Roboter-Tyrannosaurus Rex und dem Roboter-Mammut kombiniert, die ein paar Brüller ausstoßen, um potenzielle Bedrohungen zu verscheuchen … Kurz gesagt, die 72 Verwandlungen des Affenkönigs wurden von den Alten als Mythen angesehen, könnten aber in Zukunft Realität werden und den Menschen helfen, fremde Planeten effizienter zu erkunden. (Autor: Sun Fei)