Εξερεύνηση υπόγειων στοών που δημιούργησε κάποτε στο πέρασμά της προς την επιφάνεια η λάβα στον Αρη, περιπλάνηση σε μεγάλες, βαθιές και σκοτεινές σπηλιές στον ίδιο πλανήτη, ψάξιμο στην επιφάνεια και στον βυθό των σκοτεινών λιμνών αιθανίου και μεθανίου του Τιτάνα (του δορυφόρου του Κρόνου) ή κατάδυση σε υπόγειους ωκεανούς κάτω από χιλιόμετρα πάγου στην Ευρώπη (το μικρότερο από τα τέσσερα «φεγγάρια» του πλανήτη Δία), αλλά και σε περιοχές στη Γη σε κατάσταση έκτακτης ανάγκης, εκεί όπου δεν μπορεί να φτάσει ο άνθρωπος λόγω ανυπόφορων για εκείνον συνθηκών. Και τα παραπάνω να επιτυγχάνονται χάρη σε έναν εξαιρετικά επινοητικό τρόπο που ανάγει την έμπνευσή του απροσδόκητα σε ένα συγκεκριμένο παραμύθι των γερμανών αδελφών Γκριμ!
Δεν τα είδαμε σε κινηματογραφικό έργο αλλά σε μια πολύ «φρέσκια» εργασία από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνας που έφτασε στα χέρια μας αυτή την εβδομάδα και εκεί να προτείνονται με συναρπαστικές λεπτομέρειες. Είναι τόσο φρέσκια ώστε μόλις τον Φεβρουάριο να έχει γίνει δεκτή προς δημοσίευση στο περιοδικό «Advances in Space Research» και να εμφανίζεται στις 3 Μαρτίου σε αυτό, έχοντας όμως πίσω της προσπάθειες τουλάχιστον είκοσι χρόνων.
Ο γερμανικής καταγωγής καθηγητής Βόλφγκανγκ Φινκ και η ομάδα του στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνας προτείνουν με δυο λόγια την εξερεύνηση δυσπρόσιτων περιοχών και στη Γη αλλά κυρίως στο Διάστημα με την ανάπτυξη ενός πολυπαραγοντικού δικτύου που θα μπορεί να αυξάνεται με αυτόματο τρόπο σε πολλαπλά επίπεδα όσο η εξερεύνηση θα γίνεται πιο διεισδυτική και πιο απαιτητική. Το πιο «εξωτικό» κομμάτι του δικτύου είναι ένα όχημα εδάφους ή αντίστοιχα για το υγρό στοιχείο ένα υποβρύχιο σκάφος, που όσο θα προχωρούν, για να μη χάνεται η επικοινωνία με την επιφάνεια, θα εναποθέτουν μικροσκοπικούς σταθμούς εκπομπής και λήψης σημάτων δημιουργώντας ένα ενσύρματο ή ασύρματο δίκτυο απρόσκοπτης επικοινωνίας όσο βαθιά και μακριά και αν έχει προχωρήσει η εξερεύνηση από την επιφάνεια.
Μια πρόταση με έμπνευση και από το γερμανικό παραμύθι του 19ου αιώνα για τα δυο αδέλφια, τον Χάνσελ και την Γκρέτελ, όπου το αγόρι στην περίπτωση της περιπλάνησής τους μέσα στο άγριο δάσος άφηνε πίσω του μικρές πέτρες ή και ψίχουλα για να μπορούν να βρουν τον δρόμο της επιστροφής.
Σπέρνοντας αναμεταδότες
Το 2010 η NASA λανσάρισε το πρόγραμμα-σύνθημα «All Access Mobility», δηλαδή κινητικότητα με κάθε τρόπο, και την προσταγή «δημιουργήστε κινούμενα συστήματα που θα επιτρέψουν σε ανθρώπους και ρομπότ να ταξιδέψουν και να εξερευνήσουν επάνω και κάτω από οποιαδήποτε επιφάνεια προορισμού». Η ανταπόκριση σε αυτό των ανθρώπων της Αριζόνας ήταν το DDCN (Dynamically Deployed Communication Network), μια αλυσίδα παραγόντων επικοινωνίας, με το ένα άκρο πάντως της αλυσίδας αυτής να βρίσκεται αρκετά ψηλά. Μπορεί να είναι ένα αερόπλοιο που υπερίπταται του επίμαχου και προς εξερεύνηση «τοπίου» και το αερόπλοιο εφοδιασμένο με τα κατάλληλα όργανα να συνδέεται με έναν σταθμό αμφίπλευρης επικοινωνίας στο έδαφος. Και από εκεί να απλώνονται οι κινούμενοι κρίκοι της αλυσίδας βαθειά και μακριά. Με την πρωτοτυπία να αρχίζει από εδώ και πέρα. Διότι προτείνεται η δημιουργία μιας κινούμενης βασικής μονάδας που φτάνει στην είσοδο του προς εξερεύνηση χώρου. Μένοντας όμως εκεί και ελευθερώνοντας ένα ή περισσότερα μικρότερα οχήματα, τους ενδο-σπηλαιακούς εξερευνητές (Intra-Cave Explorers, ICEs). Τα ICEs είναι που θα κληθούν να κάνουν τη «βρώμικη» και δύσκολη δουλειά, φορτωμένα με τους πολύ μικρών διαστάσεων αναμεταδότες, τα ψίχουλα του παραμυθιού των Γκριμ.
Θα ενεργοποιηθούν από την αρχή οι εν λόγω αναμεταδότες (πρόκειται για κυκλώματα μικρο-ελεγκτών του τύπου Espressif ESP32-based microcontrollers) και όντας σε συνεχή επικοινωνία με τη βασική μονάδα, την παρκαρισμένη στην είσοδο, μόλις το σήμα πέσει κάτω από ένα επίπεδο το ICE θα σταθεί και κάποιος ελατηριακός (προς το παρόν;) μηχανισμός θα απελευθερώσει επί τόπου έναν ή περισσότερους αναμεταδότες. Θα γίνει έλεγχος από το ICE ότι ο αισθητήρας εντάχθηκε στο δίκτυο και αν όχι, θα απελευθερωθεί και άλλος αισθητήρας. Οταν όλα τακτοποιηθούν, το μικρό όχημα θα συνεχίσει την πορεία του και θα επαναλαμβάνει τα προηγούμενα όποτε πέφτει το σήμα, εισχωρώντας όλο και βαθύτερα.
Ενα δίκτυο παντός υποβάθρου
Οι εμπνευστές αυτού του σχεδίου πιστεύουν πως έτσι θα δημιουργηθεί και ένα δίκτυο του τύπου mesh-network, δηλαδή από αυτά που χωρίς να έχουν συγκεκριμένο κέντρο, με όλους τους κόμβους να επικοινωνούν με όλους, θα είναι δύσκολο να χαθεί η επικοινωνία.
Αντίστοιχα περίπου φιλοδοξούν να επιτύχουν επικοινωνία σε συγκεντρώσεις υγρών, λίμνες ή και ωκεανούς, όπου θα χρησιμοποιούνται σκάφη ως βάσεις επιφανείας και ενσύρματα ICEs θα καταδύονται σε όποιο βάθος χρειάζεται.
Στην ερώτησή μας για το ποιες διαστάσεις θα πρέπει να έχουν τα ειδικά αυτά οχήματα, πόση διάρκεια οι μπαταρίες τους και αν θα είναι τελικά εξοπλισμένα με συστήματα πλοήγησης LiDAR (που σημαίνει Light Detection and Ranging, δηλαδή με χρήση λέιζερ για αντανάκλαση στον γύρω χώρο και χαρτογράφησή του με βάση τον χρόνο επιστροφής), ο καθηγητής Φινκ απάντησε ως εξής: «Σε κάποια περίπτωση θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και ένα σύστημα LiDAR, διότι τώρα έχουν φτάσει να χωρούν στην παλάμη του χεριού και σου δίνει πλέον μια τρισδιάστατη εικόνα του χώρου. Εναλλακτικά προς το παρόν, επειδή τα οχήματα ICE έχουν διαστάσεις 30×30 εκατοστά και ύψος 26 εκατοστά, χρησιμοποιούνται αισθητήρες υπερήχων για αποφυγή εμποδίων και όχι για χαρτογράφηση ενός ολόκληρου σπηλαίου. Η μπαταρία έχει διάρκεια ζωής 2 ωρών ανάλογα και με τις συνθήκες πλοήγησης και τη χρήση του υπολογιστή που βρίσκεται στο όχημα. Η μονάδα βάσης στην είσοδο έχει διαστάσεις 70×50 εκατοστά και ύψος 28 εκατοστά».
Η ρεαλιστική πλευρά της εξερεύνησης
Στην επικοινωνία που είχαμε μαζί του, ο καθηγητής Φινκ εκτός από πρόθυμος να απαντήσει σε οτιδήποτε υπήρξε επίσης εξαιρετικά ειλικρινής και ρεαλιστής. Στην ερώτηση αν η πρότασή τους έχει δοκιμαστεί σε συνθήκες ανοικτού περιβάλλοντος παραδέχθηκε πως το δίκτυο DDCN δεν έχει απλωθεί στον φυσικό του χώρο, όπως θα ήταν ένα σπήλαιο ή ένα εγκαταλελειμμένο ορυχείο. «Μέχρι στιγμής το έχουμε ελέγξει μόνο σε εργαστήριο μέσα σε ένα κτίριο. Τα πιο επιτακτικά προβλήματα γεννιούνται από αυτόν τον διασκορπισμό που πρέπει να γίνεται με τα «ψίχουλα». Χρειαζόμαστε ολοκληρωμένα κυκλώματα για να στηθεί αυτό το δίκτυο με κόμβους, αλλά χωρίς κέντρο, όπου να ξεπερνιούνται οι περιορισμοί του τωρινού εύρους συχνοτήτων των ESP32 ολοκληρωμένων κυκλωμάτων για να μπορεί να μεταδοθεί εικόνα και όχι μόνο στοιχεία του τύπου θερμοκρασία, υγρασία κ.λπ. Προς το παρόν δουλεύουμε χρησιμοποιώντας τα πολύ ικανά, είναι η αλήθεια, Raspberry Pi κυκλώματα (και το πρωτόκολλο του WiFi)». Αντίθετα από ό,τι θα φανταζόταν κάποιος, ακόμη πιο αβέβαιη φαίνεται πως είναι η κατάσταση με τη NASA. «Παρ’ όλο που έχουν υπάρξει (στο παρελθόν) και άρθρα και συνεντεύξεις γύρω από το θέμα αυτό, δεν μας έχουν προσεγγίσει και ούτε έχουν υπάρξει κάποιες χρηματοδοτήσεις από μέρους τους για έρευνα. Το σκεπτόμαστε όμως να τους κάνουμε εμείς προτάσεις. Επίσης θα θέλαμε πολύ να συνεργαστούμε και με τους ευρωπαίους της ESA και με τους Ιάπωνες της JAXA. Το εργαστήριό μας είναι ανοικτό».
Ρωτήσαμε τον καθηγητή και για το πόσος χρόνος θα χρειαστεί να περάσει πριν τα μικρά οχήματα του τύπου ICE αρχίσουν να αποθέτουν τα μηχανικά «ψίχουλα» στις δυσπρόσιτες περιοχές του πλανητικού μας συστήματος.
Μας απάντησε πως περιμένει ότι η μέθοδος θα χρησιμοποιηθεί περισσότερο στην εξερεύνηση του Αρη παρά στη Σελήνη όπου τα σχέδια είναι μέσα σε δυο χρόνια ήδη να βρίσκονται άνθρωποι στον δορυφόρο της Γης με διαμονή πιο πολύ στην επιφάνεια, ενώ και η εξερεύνηση αρχικά ανατίθεται περισσότερο σε ανθρώπους. Η περίπτωση του Κόκκινου Πλανήτη όμως προσφέρεται για μια αρχική ρομποτική εξερεύνηση για να προσδιοριστούν οι κατάλληλοι υπόγειοι και περισσότερο προφυλαγμένοι από τις ακτινοβολίες τόποι διαμονής. Και μας έδωσε ως πιθανό χρόνο έναρξης τα δέκα χρόνια από τώρα.
Και ύστερα από αυτό δεν ήταν δυνατόν να μη ρωτήσουμε: «Ανθρωποι ή ρομπότ για την εξερεύνηση στο Διάστημα;». Η απάντηση ήλθε προσεκτικά διατυπωμένη από εκείνον και είναι η εξής: «Ενας άνθρωπος π.χ. με την ειδικότητα του γεωλόγου πεδίου θα ήταν περισσότερο χρήσιμος και παραγωγικός. Ομως σε πολλές περιπτώσεις ρομποτικοί εξερευνητές θα είναι οι πρώτοι που μπορούμε να στείλουμε σε διαστημικές αποστολές. Είτε διότι το ταξίδι διαρκεί πολύ (για τον Αρη είναι έξι μήνες και για τον Τιτάνα κοντά στον Κρόνο μερικά χρόνια) είτε λόγω της ακτινοβολίας στην επιφάνεια. Σε απευθείας σύγκριση πάντως ο άνθρωπος-γεωλόγος είναι προς το παρόν ανώτερος από ένα ρομπότ-γεωλόγο».
Ο καθηγητής Βόλφγκανγκ Φινκ
Ποιος είναι ο Βόλφγκανγκ Φινκ
Αξίζει να πάρουμε μια ιδέα για το τι άλλο έχει κάνει μέχρι σήμερα ο επικεφαλής της ομάδας καθηγητής που εργάζεται γι’ αυτό το τόσο φιλόδοξο σχέδιο.
Γεννήθηκε στη Γερμανία πριν από περίπου 50 χρόνια και μετά τον κύκλο σπουδών εκεί, που του έδωσε τελικά και τον τίτλο του δόκτορος στο Πανεπιστήμιο του Τίμπινγκεν, βρέθηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου από το 2001 έως το 2016 υπήρξε επισκέπτης αναπληρωτής καθηγητής Φυσικής στο φημισμένο Caltech (California Institute of Technology), ενώ από το 2005 έως το 2014 ήταν επίσης επισκέπτης αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας, αλλά σε ποιες ειδικότητες; Στην Οφθαλμολογία και στη Νευροχειρουργική!
Εκανε ερευνητική δουλειά επίσης στο Jet Propulsion Laboratory, το διάσημο εργαστήριο της NASA, ίδρυσε το Ερευνητικό Εργαστήριο για Αυτόνομα Οπτικά Συστήματα Εξερεύνησης, ενώ διευθύνει και ένα Εργαστήριο Πληροφορικής και Τηλεϊατρικής του Πανεπιστημίου της Αριζόνας. Είναι κάτοχος 25 διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας.
Ερευνητικά ενδιαφέρεται για αυτόνομα ρομποτικά συστήματα σε πλήρη κινδύνων περιβάλλοντα αλλά και για προσθετικά βοηθήματα όρασης που χαρίζουν σε ανθρώπους με κατεστραμμένο το αισθητήριο αυτό τη χαρά να βλέπουν. Σε σχετική ερώτηση του ΒΗΜΑ-Science ο καθηγητής Φινκ απάντησε: «Τα εμφυτεύματα για τεχνητή όραση είναι πλέον μια πραγματικότητα. Ημουν ένας από τους κεντρικούς ερευνητές μιας διεπιστημονικής κοινοπραξίας που περιελάμβανε έξι εθνικά ερευνητικά εργαστήρια (Argonne, Lawrence Livermore, Los Alamos, Brookhaven, Oak Ridge, Sandia), τέσσερα πανεπιστήμια και μια εταιρεία και είχε ως αποστολή να δημιουργήσει μια εμφυτευόμενη στον αμφιβληστροειδή συσκευή που επιτρέπει την όραση σε πάσχοντες σε αυτή την περιοχή του ματιού. Η 60 ηλεκτροδίων συσκευή ARGUS II χρησιμοποιείται τώρα από τουλάχιστον 350 πάσχοντες σε όλον τον κόσμο».
Τα σχέδια είναι μεγαλεπήβολα. Σε οποιαδήποτε κατάσταση και αν βρίσκεται ένα προς εξερεύνηση σώμα, το προτεινόμενο σύστημα μπορεί να την αντιμετωπίσει. Ακόμη και πάγο πάχους χιλιομέτρων σχεδιάζουν να το διαπεράσουν με ένα θερμαινόμενο διεισδυτικό σκάφος φθάνοντας στον υπόγειο ωκεανό./ Φωτ.: Shutterstock
Είκοσι χρόνια έρευνα
Στην ερώτηση ποια από τα 25 διπλώματα ευρεσιτεχνίας που έχει πάρει έως τώρα του είναι πιο προσφιλή, ο καθηγητής μας απήντησε: τα US 6,990,406, US 7,734,063 και US 7,742,845. Και όταν κοιτάξεις τι είναι αυτά, βρίσκεις πάλι την ομάδα της Αριζόνας καθώς ετοίμαζε και δούλευε υπομονετικά επί πολλά χρόνια μακριά από το προσκήνιο την τωρινή της εργασία.
Η ιδέα τους είχε και διατηρεί ακόμη τον τίτλο «TSR (Tier-Scalable Reconnaissance)», δηλαδή «Σε-Επίπεδα-Αναπτυσσόμενη-Αναγνώριση». Προβάλλει την ανάγκη για να είναι πλήρης η χαρτογράφηση της περιοχής ή κάποιου γεωλογικού φαινομένου σε διαστημικό περιβάλλον να συμμετέχουν και να συνεργάζονται πολυάριθμοι συλλέκτες πληροφοριών κατανεμημένοι σε διάφορα επίπεδα. Από αερόστατα και αερόπλοια, αεροπλάνα και ελικόπτερα, σε οχήματα εδάφους, σκάφη και υποβρύχια, μηχανήματα διείσδυσης στο έδαφος, αισθητήρες και δίκτυα αισθητήρων, όλα σε τέτοια υπεραριθμία ώστε να μην υπάρχει περίπτωση να διακοπεί το έργο που έχει αναληφθεί.
Εδώ έχει ενδιαφέρον και το πώς η ομάδα σε σχετική εργασία με οδηγό ακριβώς τους κανόνες που υπαγορεύει το «TSR» εξηγεί το πώς θα αντιμετώπιζε κάποιες από τις πιο γνωστές διαστημικές αποστολές. Για παράδειγμα, το ζευγάρι τροχοφόρο-όχημα (Perseverance) και ελικόπτερο (Ingenuity) στον Αρη, σύμφωνα με την ιεράρχηση του «TSR», αντί οι οδηγίες για τις πτήσεις του ελικοπτέρου να πηγαίνουν από τη Γη στο όχημα και να τις μεταβιβάζει στο ελικόπτερο για το πότε θα πετάξει και τι θα φωτογραφίσει να ακολουθούν την αντίστροφη πορεία. Κάποιο πρόγραμμα φορτωμένο στο ελικόπτερο να αποφασίζει τις πτήσεις και το αντίστοιχο οπτικό υλικό, ώστε στη συνέχεια και με βάση αυτό να κατευθύνει το όχημα μέσα από κακοτοπιές και προς θέσεις ενδιαφέροντος για επιτόπια εξέταση.
Σε μια άλλη αποστολή, στην Ευρώπη, τον δορυφόρο του Δία, υπάρχει προς εξερεύνηση ένας αλμυρός ωκεανός δυο με τρεις φορές μεγαλύτερος από αυτούς στη Γη, σκεπασμένος από χιλιόμετρα πάγου.
