科學家希望派出一款受藥丸蟲啟發的機器人來調查太陽系中最大的隧道。該機器人被稱為“不倒翁機器人”，將攜帶數千架小型蒲公英形狀的無人機，這些無人機將分散在火星洞穴內以繪製其範圍。這個想法來自新墨西哥理工大學副教授穆斯塔法·哈桑納利安(Mostafa Hassanalian)，他開發基於仿生學的技術，仿生學的概念是機器人應該複製大自然已經掌握的解決方案。
火星上的熔岩管非常巨大。研究人員已經確定了長度超過 1,200 公里的隧道系統，足以覆蓋美國大陸長度的三倍。其中一些隧道寬度超過 800 英尺，比地球上加州東北部的火山洞穴大八倍。但隧道系統越大，用現有技術探索就越困難。
火星漫遊車的極限
好奇號和毅力號火星車徹底改變了火星探索，但在進入熔岩管方面它們達到了極限。哈桑納利安解釋說，漫遊者的大小與校車相當，這使得它們無法進入許多洞穴開口。火星大氣層也帶來了極大的挑戰。多年來，風速可達每小時 97 公里，將火星車撕成碎片。
傳統的勘探嘗試面臨難以克服的障礙。巨型漫遊車無法在狹窄的隧道內導航。传统传感器无法在没有阳光的环境中工作。太空工程需要一種完全不同的方法，複製大自然最大秘密的方法：微觀尺度上的輕盈和效率。
不倒翁機器人的工作原理
這個概念始於基於藥丸蟲的機器人的實現，當受到威脅時，它會捲曲成球。這個不倒翁機器人將配備降落傘並透過洞穴天花板上的一個洞發射。下降到洞穴底部後，機器人會釋放出數千架小型仿生無人機，也就是其中的「蒲公英無人機」。
蒲公英無人機被設計為由火星強風驅動。他們將在隧道內行駛數英里，繪製系統的整個範圍，同時透過無線電訊號傳輸資料。讀數將包括濕度、溫度，並最終創建隧道網路的完整地圖。
哈桑納利安和他的團隊意識到，天然蒲公英種子是白色的，因為它們反射更多的陽光，保持涼爽和輕盈。出於同樣的原因，無人機將被漆成白色，以便飛得更遠。正如哈桑納利安本人所認識到的那樣，仿生學在微觀尺度上效果最好：難怪飛機不會扇動翅膀。
技術挑戰仍未解決
最大的挑戰之一是確保有足夠的風為無人機充電。還沒有人造物體進入火星熔岩管，因此科學家們也不知道洞穴內的風速到底是多少。研究人員認為，洞穴頂部的洞可以使隧道自然通風，產生強風。作為預防措施，機器人還配備了高功率風扇。
另一個障礙是缺乏陽光。太陽能電池板是太空船最常見的動力來源，但在完全黑暗的情況下無法運作。哈桑納利安透過設計無人機依靠壓電運行來解決這個問題，壓電是由柔性聚合物產生的，透過機械變形產生電荷。
無人機還需要在飛行時持續傳輸資料。無線電傳輸在火星上可以工作，但在如此小的設備中需要足夠的電力。該團隊致力於在不影響無人機重量的情況下優化通訊系統。
全球探索火山管競賽
哈桑納利安並不是唯一一位追求這一前沿領域的科學家。由馬拉加大學太空機器人實驗室領導的一群歐洲研究人員於 2023 年開始對西班牙蘭薩羅特島發現的熔岩管進行一系列測試。這些測試的目的是繪製隧道系統地圖，為未來可能的火星任務做好準備。
美國宇航局也展示了空中探索能力。 Ingenuity 直升機在火星表面上空進行了 72 次飛行，證明了無人機在地外環境中的潛力。然而，Ingenuity 被設計為戶外飛行，在 2024 年失敗之前從未有機會探索熔岩管。
美國太空總署制定的無人機計畫顯示對火星塔爾西斯地區的一座盾狀火山阿爾西亞蒙斯（Arsia Mons）特別感興趣。該地區擁有太陽系中最大的火山，包括奧林匹斯山——幾乎比珠穆朗瑪峰高出三倍。 Arsia Mons 特別有前途，因為火山頂塌陷處有明顯的洞，為巨大的隧道系統打開了窗戶。
為什麼火星熔岩管很重要
火山孔的熱讀數表明，隧道內的溫度變化並不像表面那麼劇烈。這燃起了人類有一天能夠生活在這些洞穴裡的希望。也有人猜測，火星本土生命可能在這些受保護的環境中生存。
光是塔爾西斯地區就有矮行星穀神星那麼大。當這個駝峰形成時，它增加瞭如此多的質量，以至於火星被認為傾斜了大約20度。科學家對確切的原因存在爭議，但理論包括火星歷史早期的大規模碰撞或不穩定的地幔柱。
美國太空總署也正在研究土星最大的衛星泰坦上可能存在的洞穴，並選擇約翰霍普金斯大學的「蜻蜓號」太空船來探索其表面。儘管載人探索火星要到 2030 年代初期才能實現，但偵察無人機對於人類在地球上的長期生存至關重要。
研究的後續步驟
Hassanalian 的團隊目前正處於設計和初步測試階段。工程師們正在努力完善蒲公英無人機的散佈系統、優化電池壽命並改進數據收集感測器。對陸地火山管的測試繼續提供有價值的數據。
啟動該任務的具體時間表尚未確定。然而，美國太空總署（NASA）、歐洲太空總署（ESA）和研究型大學等多個太空機構的興趣融合表明，火星熔岩管的探索將在不到十年的時間內從理論概念轉變為操作現實。
蒲公英無人機代表了太空探索的典範轉移。科學家不再製造更大、更複雜的機器，而是朝著相反的方向前進：受大自然啟發的更小、更簡單的機器。這種方法不僅解決了探索熔岩管的實際問題，而且為研究整個太陽系的惡劣環境提供了可能性。