يريد العلماء إرسال روبوت مستوحى من حشرات الحبوب لاستكشاف أكبر الأنفاق في النظام الشمسي. وسيحمل الروبوت، الذي يطلق عليه اسم “الروبوت الممتلئ الجسم”، آلاف الطائرات الصغيرة بدون طيار على شكل الهندباء، والتي سيتم تفريقها داخل الكهوف المريخية لرسم خريطة لمدى انتشارها. جاءت الفكرة من مصطفى حسناليان، الأستاذ المشارك في جامعة نيو مكسيكو التكنولوجية، الذي قام بتطوير تكنولوجيا تعتمد على المحاكاة الحيوية، وهو مفهوم مفاده أن الروبوتات يجب أن تحاكي الحلول التي تتقنها الطبيعة بالفعل.
أنابيب الحمم البركانية على المريخ ضخمة. وقد حدد الباحثون بالفعل أنظمة أنفاق يبلغ طولها أكثر من 1200 كيلومتر، وهو ما يكفي لتغطية ثلاثة أضعاف طول الولايات المتحدة القارية. يصل عرض بعض هذه الأنفاق إلى أكثر من 800 قدم، أي أكبر بثماني مرات من الكهوف البركانية في شمال شرق كاليفورنيا على الأرض. لكن كلما زاد حجم نظام الأنفاق، زادت صعوبة استكشافه باستخدام التكنولوجيا الحالية.
حدود مركبات المريخ
أحدثت المركبتان الجوالتان كيوريوسيتي ومثابرة ثورة في استكشاف المريخ، لكنهما وصلتا إلى الحد الأقصى عندما يتعلق الأمر بدخول أنابيب الحمم البركانية. ويوضح حسناليان أن حجم المركبات الجوالة بحجم حافلة مدرسية، مما يمنعها من دخول العديد من فتحات الكهوف. ويمثل الغلاف الجوي للمريخ أيضًا تحديات هائلة. يمكن أن تصل سرعة الرياح إلى 97 كيلومترًا في الساعة، مما يؤدي إلى تمزيق أجزاء من العربات الجوالة على مر السنين.
تواجه محاولات الاستكشاف التقليدية عقبات لا يمكن التغلب عليها. لا تستطيع المركبة الفضائية العملاقة التنقل داخل نفق ضيق. لا تعمل أجهزة الاستشعار التقليدية في البيئات التي لا يوجد بها ضوء الشمس. كانت هندسة الفضاء بحاجة إلى نهج مختلف تمامًا، نهج يقلد أعظم أسرار الطبيعة: الخفة والكفاءة على نطاق مجهري.
كيف يعمل الروبوت الممتلئ
يبدأ المفهوم بتنفيذ روبوت يعتمد على حشرة حبوب منع الحمل، والتي تتجعد على شكل كرة عند التهديد. سيتم تجهيز هذا الروبوت الممتلئ بمظلة ويتم إطلاقه من خلال فتحة في سقف الكهف. عند النزول إلى أرضية الكهف، سيطلق الروبوت آلاف الطائرات الصغيرة بدون طيار المحاكاة الحيوية، “طائرات الهندباء بدون طيار” بداخله.
تم تصميم طائرات الهندباء بدون طيار لتدفعها رياح المريخ القوية. وسوف يسافرون لأميال داخل الأنفاق، ويرسمون خرائط النطاق الكامل للنظام أثناء نقل البيانات عبر إشارات الراديو. ستشمل القراءات الرطوبة ودرجة الحرارة وإنشاء خريطة كاملة لشبكة الأنفاق في النهاية.
أدرك حسناليان وفريقه أن بذور الهندباء الطبيعية بيضاء اللون لأنها تعكس المزيد من ضوء الشمس، وتبقى أكثر برودة وأخف وزنا. سيتم طلاء الطائرات بدون طيار باللون الأبيض لنفس السبب للسفر لمسافات أبعد. تعمل المحاكاة الحيوية بشكل أفضل على المستوى المجهري، كما يدرك حسناليان نفسه: فلا عجب أن الطائرات لا ترفرف بأجنحتها.
التحديات التقنية لا تزال دون حل
أحد أكبر التحديات هو ضمان وجود ما يكفي من الرياح لشحن الطائرات بدون طيار. ولم تدخل أي أجسام من صنع الإنسان إلى أنبوب الحمم المريخية، لذلك لا يعرف العلماء على وجه التحديد سرعة الرياح داخل الكهوف. ويعتقد الباحثون أن الثقوب الموجودة في سقف الكهوف تعمل على تهوية الأنفاق بشكل طبيعي، مما يولد رياحًا قوية. وكإجراء احترازي، تم تجهيز الروبوت أيضًا بمروحة عالية الطاقة.
عقبة أخرى هي عدم وجود ضوء الشمس. الألواح الشمسية، مصدر الطاقة الأكثر شيوعًا للمركبات الفضائية، لا تعمل في الظلام الدامس. قام حسناليان بحل هذه المشكلة من خلال تصميم الطائرات بدون طيار لتعمل على الكهرباء الضغطية، المتولدة من بوليمر مرن يولد شحنة كهربائية من خلال التشوه الميكانيكي.
تحتاج الطائرات بدون طيار أيضًا إلى نقل البيانات بشكل مستمر أثناء طيرانها. يعمل الإرسال اللاسلكي على المريخ، لكنه يتطلب طاقة كافية في مثل هذا الجهاز الصغير. ويعمل الفريق على تحسين أنظمة الاتصالات دون المساس بوزن الطائرات بدون طيار.
سباق عالمي لاستكشاف الأنابيب البركانية
حسناليان ليس العالم الوحيد الذي يسعى إلى تحقيق هذه الحدود. بدأت مجموعة من الباحثين الأوروبيين، بقيادة مختبر الروبوتات الفضائية بجامعة ملقة، سلسلة من الاختبارات في عام 2023 على أنابيب الحمم البركانية الموجودة في جزيرة لانزاروت بإسبانيا. تهدف هذه الاختبارات إلى رسم خريطة لأنظمة الأنفاق استعدادًا لمهمة مستقبلية محتملة إلى المريخ.
وقد أظهرت ناسا أيضًا قدرات الاستكشاف الجوي. وأجرت المروحية Ingenuity 72 رحلة فوق سطح المريخ، مما أثبت إمكانات الطائرات بدون طيار في بيئات خارج كوكب الأرض. ومع ذلك، تم تصميم Ingenuity للطيران في الهواء الطلق ولم تتح لها الفرصة أبدًا لاستكشاف أنابيب الحمم البركانية قبل فشلها في عام 2024.
تشير خطط الطائرات بدون طيار التي طورتها وكالة ناسا إلى اهتمام خاص ببركان أرسيا مونس، وهو بركان درعي يقع في منطقة ثارسيس في المريخ. تحتوي المنطقة على أكبر البراكين في النظام الشمسي، بما في ذلك أوليمبوس مونس – وهو أطول بثلاث مرات تقريبًا من جبل إيفرست. يعد جبل أرسيا مونس واعدًا بشكل خاص نظرًا لوجود ثقوب مرئية حيث انهار السقف البركاني، مما أدى إلى إنشاء نوافذ في نظام أنفاق واسع.
لماذا تعتبر أنابيب الحمم المريخية مهمة؟
وتشير القراءات الحرارية للثقوب البركانية إلى أن درجة الحرارة داخل الأنفاق لا تختلف بشكل كبير كما هو الحال على السطح. وهذا يثير الآمال في أن يتمكن البشر يومًا ما من العيش داخل هذه الكهوف. هناك أيضًا تكهنات بأن الحياة الأصلية على المريخ ربما تكون قد نجت داخل هذه البيئات المحمية.
ومنطقة ثارسيس وحدها هي بحجم الكوكب القزم سيريس. عندما تشكلت هذه الحدبة، أضافت كتلة كبيرة لدرجة أنه يُعتقد أن المريخ قد مائل بمقدار 20 درجة تقريبًا. ويناقش العلماء السبب الدقيق لذلك، لكن النظريات تشمل حدوث تصادم هائل في وقت مبكر من تاريخ المريخ أو أعمدة الوشاح غير المستقرة.
وتبحث وكالة ناسا أيضًا عن كهوف محتملة على القمر تيتان، أكبر أقمار زحل، وتختار المركبة الفضائية جونز هوبكنز “دراجونفلاي” لاستكشاف سطحه. على الرغم من أن الاستكشاف المأهول للمريخ ليس متوقعًا حتى أوائل ثلاثينيات القرن الحالي، إلا أن طائرات الاستطلاع بدون طيار يمكن أن تكون حيوية لبقاء البشرية على المدى الطويل على الكوكب.
الخطوات التالية للبحث
فريق حسنليان حاليًا في مرحلة التصميم والاختبار الأولي. ويعمل المهندسون على تحسين نظام تشتيت طائرات الهندباء بدون طيار، وتحسين عمر البطارية، وتحسين أجهزة استشعار جمع البيانات. تستمر الاختبارات على الأنابيب البركانية الأرضية في توفير بيانات قيمة.
ولم يتم بعد تحديد جدول زمني محدد لإطلاق هذه المهمة. ومع ذلك، فإن تقارب الاهتمام من وكالات الفضاء المتعددة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (وكالة الفضاء الأوروبية) والجامعات البحثية يشير إلى أن استكشاف أنابيب الحمم المريخية سوف ينتقل من المفهوم النظري إلى الواقع العملي في أقل من عقد من الزمان.
تمثل طائرات الهندباء بدون طيار نقلة نوعية في استكشاف الفضاء. فبدلاً من شحن آلات أكبر حجماً وأكثر تعقيداً، يتحرك العلماء في الاتجاه المعاكس: آلات أصغر وأبسط مستوحاة من الطبيعة. لا يحل هذا النهج المشكلات العملية لاستكشاف أنابيب الحمم البركانية فحسب، بل يفتح أيضًا إمكانيات استكشاف البيئات المعادية في جميع أنحاء النظام الشمسي.