Kisah Hansel dan Gretel telah menginspirasikan saintis untuk membina sistem eksplorasi angkasa luar!

“Tabung lava dan gua akan menjadi tempat tinggal yang sempurna untuk angkasawan kerana anda tidak perlu membina struktur; anda dilindungi daripada radiasi kosmik yang berbahaya, jadi yang perlu anda lakukan hanyalah menjadikannya cantik dan selesa,” kata Wolfgang Fink, seorang profesor pengajian kejuruteraan elektrik dan komputer di Universiti Arizona.

Fink merupakan pengarang utama kertas kerja terbaru dalam Advances in Space Research yang menghuraikan rangkaian komunikasi yang akan menghubungkan rover, pendarat dan bahkan kenderaan selam melalui rangkaian topologi mesh, yang membolehkan mesin-mesin tersebut bekerja bersama sebagai satu pasukan, secara bebas tanpa campur tangan manusia. Menurut Fink dan co-pengarangnya, pendekatan ini dapat membantu dalam menangani salah satu Cabaran Besar Teknologi Luar Angkasa NASA dengan membantu mengatasi keupayaan teknologi semasa untuk melalui persekitaran dengan selamat pada komet, asteroid, bulan dan badan-badan planet. Sebagai penghormatan kepada dongeng “Hansel dan Gretel,” para penyelidik menamakan konsep mereka yang masih menunggu paten sebagai paradigma “Jaringan Komunikasi Terkini Terapung Gaya ‘Breadcrumb'” atau DDCN.

DONGENG MENGINSPIRASIKAN MASA HADAPAN

“Jika anda ingat kisah Hansel dan Gretel, anda tahu bagaimana mereka menjatuhkan serpihan roti untuk memastikan mereka menemui jalan kembali,” kata Fink, pengasas dan pengarah Visual and Autonomous Exploration Systems Research Laboratory di Caltech dan UArizona. “Dalam senario kami, ‘serpihan roti’ ialah sensor-sensor miniatur yang berada di belakang rover, yang dikerahkan saat melintasi gua atau lingkungan subpermukaan yang lain.”

Terus memantau lingkungan mereka dan sedar tentang keberadaan mereka di ruang angkasa, rover-rover tersebut melanjutkan misi mereka sendiri, dalam keadaan terhubung antara satu sama lain melalui penghubung data nirkabel, dan mengerahkan nod-nod komunikasi sepanjang jalan. Setelah rover merasakan signal sedang semakin malap tetapi masih dalam jangkauan, rover tersebut akan menjatuhkan nod komunikasi, tanpa mempedulikan jarak yang sebenarnya telah dilalui sejak meletakkan nod terakhir.

“Salah satu aspek baru adalah apa yang kami sebut sebagai pengerahan yang berkesempatan – gagasan bahawa anda mengerahkan ‘serpihan roti’ ketika anda harus melakukannya dan tidak sesuai dengan jadual yang telah dirancang sebelumnya,” kata Fink.

Sementara itu, tidak ada keperluan untuk input daripada rover induk; setiap rover subordinat akan menentukan itu sendiri, tambah Fink. Sistem ini dapat bekerja dengan salah satu daripada dua cara, kata Fink. Dalam satu cara, rover induk bertindak sebagai penerima pasif, mengumpulkan data yang dikirim oleh rover-rover yang melakukan eksplorasi. Dalam cara lainnya, rover induk bertindak sebagai pengatur, mengendalikan gerakan rover seperti seorang dalang.

MESIN AMBIL ALIH

Konsep baru ini berkait rapat dengan paradigma pengintipan bertingkat-skala yang direka oleh Fink dan rakan sekerja pada awal tahun 2000-an. Idea ini membayangkan satu pasukan robot yang beroperasi pada tahap perintah yang berbeza – misalnya, satu pengorbit mengawal sebuah belon udara, yang pada gilirannya mengawal satu atau lebih pendarat atau rover di permukaan. Misinya di luar angkasa telah menerima konsep ini, beberapa dengan penyertaan penyelidik dari UArizona. Sebagai contoh, di Marikh, rover Perseverance mengawal Ingenuity, sebuah helikopter robotik. Satu konsep untuk misi lain, yang akhirnya tidak dipilih untuk pembiayaan, mengusulkan penghantaran satu pengorbit yang membawa balon dan pendarat tasik untuk mengkaji salah satu laut hidrokarbon di bulan Saturnus, Titan. Pendekatan breadcrumb mengambil satu langkah lebih jauh dengan menyediakan platform yang kukuh dalam membolehkan pemburu harta karun robotik beroperasi di bawah tanah atau dalam persekitaran cecair. Kumpulan robot individu yang bebas dan autonomus seperti itu juga boleh membantu dalam usaha mencari dan menyelamat dalam bangunan runtuh atau bencana alam di Bumi, kata Fink.

Fink berkata bahawa cabaran terbesar, selain daripada memasukkan rover ke dalam persekitaran bawah tanah pada mulanya, adalah untuk mengambil data yang direkodkan oleh mereka di bawah tanah dan membawanya kembali ke permukaan. Konsep DDCN membolehkan satu pasukan rover untuk menavigasi persekitaran bawah tanah yang rumit tanpa pernah kehilangan hubungan dengan “rover ibu” mereka di permukaan. Dilengkapi dengan sistem pengesanan cahaya dan jarak jauh, atau lidar, mereka boleh memetakan lorong gua dalam tiga dimensi, tidak berbeza dengan pesawat tanpa pemandu yang dapat dilihat menjelajahi kapal angkasa asing dalam filem “Prometheus”.

“Setelah dikerahkan, sensor kami secara automatik membentuk rangkaian mesh tidak terarah, yang bermaksud setiap nod mengemaskini tentang setiap nod di sekelilingnya,” kata Fink, yang pertama kali menghuraikan konsep DDCN dalam satu cadangan kepada NASA pada tahun 2019.

“Mereka boleh bertukar-tukar di antara satu sama lain dan menampung tempat mati dan kematian isyarat,” tambah Mark Tarbell, rakan penyelidikan dan saintis penyelidikan kunci di makmal Fink. “Jika sesetengah daripadanya mati, masih ada hubungan melalui nod yang masih hidup, maka rover ibu tidak pernah kehilangan hubungan dengan nod yang berada jauh dalam rangkaian.”

MISI TANPA KEMBALI

Rangkaian nod komunikasi yang kukuh memastikan semua data yang dikumpulkan oleh pemburu penjelajah robotik kembali ke rover induk di permukaan. Oleh itu, tidak perlu mengambil semula robot selepas mereka menyelesaikan tugas mereka, kata Fink, yang menerbitkan idea menggunakan kumpulan pengesan permukaan robotik yang boleh dibazirkan pada tahun 2014.

“Mereka direka untuk dibazirkan,” katanya. “Daripada membazirkan sumber untuk memasukkan robot ke dalam gua dan kembali keluar, lebih bijak untuk membiarkan mereka pergi sejauh yang mungkin dan meninggalkan mereka selepas mereka menyelesaikan misi mereka, kehabisan kuasa atau terdedah kepada persekitaran yang musuh.”

“Pendekatan jaringan komunikasi yang diperkenalkan dalam kertas baru ini berpotensi untuk memperkenalkan era baru penemuan planet dan astrobiologi,” kata Dirk Schulze-Makuch, presiden German Astrobiological Society dan pengarang banyak penerbitan mengenai kehidupan ekstraterestrial. “Akhirnya, ia membolehkan kita untuk meneroka gua tiub lava Marikh dan lautan subpermukaan bulan-bulan berbaldinya – tempat di mana kehidupan ekstraterestrial mungkin hadir.”

Konsep yang dicadangkan “mempunyai keajaiban”, menurut Victor Baker, Profesor Regents UArizona dalam Hidrologi dan Sains Atmosfera, Geosains dan Sains Planet. “Penemuan yang paling menakjubkan dalam sains berlaku apabila kemajuan dalam teknologi memberikan akses kepada sesuatu atau tempat dan sarana untuk berkomunikasi tentang apa yang telah ditemui kepada minda kreatif yang mencari pemahaman,” kata Baker.

MENEROKA DUNIA LAUT TERSEMBUNYI

Dalam tempat-tempat yang memerlukan robot selam, sistemnya boleh terdiri daripada pendarat yang mengambang di atas tasik, seperti yang mungkin terjadi di Titan, atau duduk di atas ais di samudra sub permukaan seperti di Europa, yang terhubung ke kapal selam, misalnya melalui kabel panjang. Di sini, nod komunikasi akan bertindak sebagai penguat signal dalam interval yang teratur untuk mencegah penurunannya. Paling penting, nod tersebut memiliki kemampuan untuk mengumpulkan data sendiri, seperti mengukur tekanan, salinitas, suhu, dan parameter fisik dan kimia lainnya, dan memasukkan data ke dalam kabel yang terhubung kembali ke pendarat.

“Bayangkan anda berhasil ke Europa, anda mencairkan jalan anda melalui mil ais, mencapai samudra sub permukaan, yang mana anda menemukan diri anda dikelilingi oleh kehidupan asing, tetapi anda tidak memiliki cara untuk mendapatkan data untuk cara kembali ke permukaan,” katanya. “Itulah senario yang perlu kita hindari.”

Setelah mengembangkan rover dan teknologi komunikasi, kelompok Fink sekarang sedang bekerja untuk membangunkan mekanisme sebenarnya yang dapat digunakan oleh rover untuk mengerahkan nod komunikasi.

“Pada dasarnya, kami akan mengajarkan ‘Hansel’ dan ‘Gretel’ kami cara menjatuhkan serpihan roti sehingga mereka menjadi jaringan komunikasi mesh yang berfungsi,” kata Fink.

KESIMPULAN

Secara kesimpulannya, artikel ini membincangkan tentang bagaimana teknologi komunikasi rangkaian mesh yang diilhamkan oleh cerita dongeng Hansel dan Gretel dapat digunakan untuk menjalankan misi eksplorasi robotik di gua-gua planet Marikh dan mungkin di tempat-tempat lain di luar angkasa. Rangkaian mesh ini membantu untuk menjaga komunikasi antara robot dan pusat kendali, serta dapat digunakan untuk menjelajahi tempat-tempat yang mungkin tidak dapat dijangkau oleh manusia atau tidak dapat dijangkau dengan mudah. Artikel ini turut mengemukakan bahawa teknologi ini mempunyai potensi untuk membawa kepada penemuan baru dalam bidang sains planet dan astrobiologi.

Artikel diterjemah dan diolah daripada artikel ScienceDaily.

University of Arizona. “Hansel and Gretel’s breadcrumb trick inspires robotic exploration of caves on Mars and beyond.” ScienceDaily. ScienceDaily, 1 March 2023. <www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230301185225.htm>.

Rujukan asal kajian :

1. Wolfgang Fink, Connor Fuhrman, Andres Nuncio Zuniga, Mark Tarbell. A Hansel & Gretel Breadcrumb-Style Dynamically Deployed Communication Network Paradigm using Mesh Topology for Planetary Subsurface Exploration. Advances in Space Research, 2023; DOI: 10.1016/j.asr.2023.02.012
2. https://news.arizona.edu/story/hansel-and-gretels-breadcrumb-trick-inspires-robotic-exploration-caves-mars-and-beyond