科学家们希望派出一款受药丸虫启发的机器人来调查太阳系中最大的隧道。该机器人被称为“不倒翁机器人”，将携带数千架小型蒲公英形状的无人机，这些无人机将分散在火星洞穴内以绘制其范围。这个想法来自新墨西哥理工大学副教授穆斯塔法·哈桑纳利安(Mostafa Hassanalian)，他开发基于仿生学的技术，仿生学的概念是机器人应该复制大自然已经掌握的解决方案。
火星上的熔岩管非常巨大。研究人员已经确定了长度超过 1,200 公里的隧道系统，足以覆盖美国大陆长度的三倍。其中一些隧道宽度超过 800 英尺，比地球上加利福尼亚州东北部的火山洞穴大八倍。但隧道系统越大，用现有技术探索就越困难。
火星漫游车的极限
好奇号和毅力号火星车彻底改变了火星探索，但在进入熔岩管方面它们达到了极限。哈桑纳利安解释说，漫游者的大小与校车相当，这使得它们无法进入许多洞穴开口。火星大气层也带来了极大的挑战。多年来，风速可达每小时 97 公里，将火星车撕成碎片。
传统的勘探尝试面临着难以克服的障碍。巨型漫游车无法在狭窄的隧道内导航。传统传感器无法在没有阳光的环境中工作。太空工程需要一种完全不同的方法，一种复制大自然最大秘密的方法：微观尺度上的轻盈和效率。
不倒翁机器人的工作原理
这个概念始于基于药丸虫的机器人的实现，当受到威胁时，它会卷曲成球。这个不倒翁机器人将配备降落伞并通过洞穴天花板上的一个洞发射。下降到洞穴底部后，机器人会释放出数千架小型仿生无人机，即其中的“蒲公英无人机”。
蒲公英无人机被设计为由火星强风驱动。他们将在隧道内行驶数英里，绘制系统的整个范围，同时通过无线电信号传输数据。读数将包括湿度、温度，并最终创建隧道网络的完整地图。
哈桑纳利安和他的团队意识到，天然蒲公英种子是白色的，因为它们反射更多的阳光，保持凉爽和轻盈。出于同样的原因，无人机将被漆成白色，以便飞得更远。正如哈桑纳利安本人所认识到的那样，仿生学在微观尺度上效果最好：难怪飞机不会扇动翅膀。
技术挑战仍未解决
最大的挑战之一是确保有足够的风为无人机充电。还没有人造物体进入火星熔岩管，因此科学家们不知道洞穴内的风速到底是多少。研究人员认为，洞穴顶部的洞可以使隧道自然通风，产生强风。作为预防措施，机器人还配备了大功率风扇。
另一个障碍是缺乏阳光。太阳能电池板是航天器最常见的动力来源，但在完全黑暗的情况下无法工作。哈桑纳利安通过设计无人机依靠压电运行来解决这个问题，压电是由柔性聚合物产生的，通过机械变形产生电荷。
无人机还需要在飞行时持续传输数据。无线电传输在火星上可以工作，但在如此小的设备中需要足够的电力。该团队致力于在不影响无人机重量的情况下优化通信系统。
全球探索火山管竞赛
哈桑纳利安并不是唯一一位追求这一前沿领域的科学家。由马拉加大学空间机器人实验室领导的一组欧洲研究人员于 2023 年开始对西班牙兰萨罗特岛发现的熔岩管进行一系列测试。这些测试的目的是绘制隧道系统地图，为未来可能的火星任务做好准备。
美国宇航局还展示了空中探索能力。 Ingenuity 直升机在火星表面上空进行了 72 次飞行，证明了无人机在地外环境中的潜力。然而，Ingenuity 被设计为户外飞行，在 2024 年失败之前从未有机会探索熔岩管。
美国宇航局制定的无人机计划表明对火星塔尔西斯地区的一座盾状火山阿尔西亚蒙斯（Arsia Mons）特别感兴趣。该地区拥有太阳系中最大的火山，包括奥林匹斯山——几乎比珠穆朗玛峰高三倍。 Arsia Mons 特别有前途，因为火山顶塌陷处有明显的洞，为巨大的隧道系统打开了窗户。
为什么火星熔岩管很重要
火山孔的热读数表明，隧道内的温度变化并不像表面那样剧烈。这燃起了人类有一天能够生活在这些洞穴里的希望。还有人猜测，火星本土生命可能在这些受保护的环境中生存下来。
仅塔尔西斯地区就有矮行星谷神星那么大。当这个驼峰形成时，它增加了如此多的质量，以至于火星被认为倾斜了大约20度。科学家们对确切的原因存在争议，但理论包括火星历史早期的大规模碰撞或不稳定的地幔柱。
美国宇航局还在研究土星最大的卫星泰坦上可能存在的洞穴，并选择约翰·霍普金斯大学的“蜻蜓”号宇宙飞船来探索其表面。尽管载人探索火星要到 2030 年代初期才能实现，但侦察无人机对于人类在地球上的长期生存至关重要。
研究的后续步骤
Hassanalian 的团队目前正处于设计和初步测试阶段。工程师们正在努力完善蒲公英无人机的散布系统、优化电池寿命并改进数据收集传感器。对陆地火山管的测试继续提供有价值的数据。
启动该任务的具体时间表尚未确定。然而，美国宇航局（NASA）、欧洲航天局（ESA）和研究型大学等多个航天机构的兴趣融合表明，火星熔岩管的探索将在不到十年的时间内从理论概念转变为操作现实。
蒲公英无人机代表了太空探索的范式转变。科学家们不再制造更大、更复杂的机器，而是朝着相反的方向前进：受大自然启发的更小、更简单的机器。这种方法不仅解决了探索熔岩管的实际问题，而且为研究整个太阳系的恶劣环境提供了可能性。