Các nhà khoa học muốn gửi một robot lấy cảm hứng từ bọ thuốc để điều tra các đường hầm lớn nhất trong hệ mặt trời. Robot, được gọi là “roly-poly”, sẽ mang theo hàng nghìn máy bay không người lái nhỏ hình bồ công anh sẽ được phân tán bên trong các hang động trên sao Hỏa để lập bản đồ phạm vi của chúng. Ý tưởng này đến từ Mostafa Hassanalian, phó giáo sư tại Đại học Công nghệ New Mexico, người phát triển công nghệ dựa trên mô phỏng sinh học, khái niệm rằng robot nên sao chép các giải pháp mà thiên nhiên đã làm chủ.
Các ống dung nham trên sao Hỏa có kích thước khổng lồ. Các nhà nghiên cứu đã xác định được hệ thống đường hầm dài hơn 1.200 km, đủ để bao phủ ba lần chiều dài lục địa Hoa Kỳ. Một số đường hầm này rộng tới hơn 800 feet, lớn gấp 8 lần so với các hang động núi lửa ở phía đông bắc California trên Trái đất. Nhưng hệ thống đường hầm càng lớn thì việc khám phá bằng công nghệ hiện tại càng khó khăn hơn.
Giới hạn của tàu thám hiểm sao Hỏa
Xe thám hiểm Curiosity và Perseverance đã cách mạng hóa việc khám phá Sao Hỏa, nhưng chúng đã đạt đến giới hạn khi đi vào các ống dung nham. Hassanalian giải thích rằng các máy thám hiểm có kích thước bằng một chiếc xe buýt trường học, điều này ngăn cản chúng đi vào nhiều cửa hang. Bầu khí quyển sao Hỏa cũng đặt ra những thách thức cực độ. Gió có thể đạt tốc độ lên tới 97 km/h, xé nát các tàu thám hiểm trong nhiều năm.
Những nỗ lực thăm dò thông thường phải đối mặt với những trở ngại không thể vượt qua. Một chiếc rover khổng lồ không thể di chuyển trong đường hầm chật hẹp. Cảm biến truyền thống không hoạt động trong môi trường không có ánh sáng mặt trời. Kỹ thuật không gian cần một cách tiếp cận hoàn toàn khác, một cách tiếp cận sao chép bí mật lớn nhất của tự nhiên: sự nhẹ nhàng và hiệu quả ở quy mô vi mô.
Robot roly-poly hoạt động như thế nào
Ý tưởng này bắt đầu bằng việc triển khai một robot dựa trên con bọ thuốc, nó cuộn tròn thành một quả bóng khi bị đe dọa. Robot roly-poly này sẽ được trang bị một chiếc dù và phóng qua một lỗ trên trần hang động. Khi đi xuống sàn hang, robot sẽ thả hàng nghìn máy bay không người lái mô phỏng sinh học nhỏ, “máy bay không người lái bồ công anh” bên trong nó.
Máy bay không người lái bồ công anh được thiết kế để di chuyển nhờ gió mạnh của sao Hỏa. Họ sẽ di chuyển hàng dặm bên trong đường hầm, lập bản đồ toàn bộ phạm vi của hệ thống trong khi truyền dữ liệu qua tín hiệu vô tuyến. Các kết quả sẽ bao gồm độ ẩm, nhiệt độ và cuối cùng tạo ra một bản đồ hoàn chỉnh về mạng lưới đường hầm.
Hassanalian và nhóm của ông nhận ra rằng hạt bồ công anh tự nhiên có màu trắng vì chúng phản chiếu nhiều ánh sáng mặt trời hơn, mát hơn và nhẹ hơn. Máy bay không người lái sẽ được sơn màu trắng với lý do tương tự để di chuyển xa hơn. Mô phỏng sinh học hoạt động hiệu quả nhất ở quy mô vi mô, như chính Hassanalian đã nhận ra: không có gì ngạc nhiên khi máy bay không vỗ cánh.
Những thách thức kỹ thuật vẫn chưa được giải quyết
Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo có đủ gió để sạc máy bay không người lái. Không có vật thể nhân tạo nào đi vào ống dung nham của sao Hỏa nên các nhà khoa học không biết chính xác tốc độ gió bên trong hang động là bao nhiêu. Các nhà nghiên cứu tin rằng các lỗ trên trần hang động giúp thông gió cho đường hầm một cách tự nhiên, tạo ra gió mạnh. Để phòng ngừa, robot còn được trang bị quạt công suất lớn.
Một trở ngại khác là thiếu ánh sáng mặt trời. Các tấm pin mặt trời, nguồn năng lượng phổ biến nhất cho tàu vũ trụ, không hoạt động trong bóng tối hoàn toàn. Hassanalian đã giải quyết vấn đề này bằng cách thiết kế máy bay không người lái chạy bằng áp điện, được tạo ra từ một loại polyme dẻo tạo ra điện tích thông qua biến dạng cơ học.
Máy bay không người lái cũng cần liên tục truyền dữ liệu khi chúng bay. Việc truyền sóng vô tuyến hoạt động trên sao Hỏa nhưng nó cần đủ năng lượng trong một thiết bị nhỏ như vậy. Nhóm làm việc để tối ưu hóa hệ thống liên lạc mà không ảnh hưởng đến trọng lượng của máy bay không người lái.
Cuộc đua toàn cầu khám phá các ống núi lửa
Hassanalian không phải là nhà khoa học duy nhất theo đuổi lĩnh vực này. Một nhóm các nhà nghiên cứu châu Âu, do Phòng thí nghiệm Robot vũ trụ tại Đại học Malaga dẫn đầu, đã bắt đầu một loạt thử nghiệm vào năm 2023 trên các ống dung nham được tìm thấy trên đảo Lanzarote, Tây Ban Nha. Những cuộc thử nghiệm này nhằm mục đích lập bản đồ các hệ thống đường hầm để chuẩn bị cho sứ mệnh có thể thực hiện được trong tương lai tới Sao Hỏa.
NASA cũng đã chứng minh khả năng thăm dò trên không. Máy bay trực thăng Ingenuity đã thực hiện 72 chuyến bay trên bề mặt sao Hỏa, chứng minh tiềm năng của máy bay không người lái trong môi trường ngoài Trái đất. Tuy nhiên, Ingenuity được thiết kế để bay ngoài trời và chưa từng có cơ hội khám phá các ống dung nham trước khi thất bại vào năm 2024.
Các kế hoạch bay không người lái do NASA phát triển cho thấy sự quan tâm đặc biệt đến Arsia Mons, một ngọn núi lửa hình khiên ở vùng Tharsis trên sao Hỏa. Khu vực này có những ngọn núi lửa lớn nhất trong hệ mặt trời, bao gồm cả Olympus Mons – cao hơn gần ba lần so với đỉnh Everest. Arsia Mons đặc biệt hứa hẹn vì có thể nhìn thấy những lỗ hổng nơi mái núi lửa sụp đổ, tạo ra những cửa sổ dẫn vào hệ thống đường hầm rộng lớn.
Tại sao ống dung nham sao Hỏa lại quan trọng
Các chỉ số nhiệt của các lỗ núi lửa cho thấy nhiệt độ bên trong các đường hầm không thay đổi nhiều như trên bề mặt. Điều này làm dấy lên hy vọng rằng một ngày nào đó con người có thể sống bên trong những hang động này. Cũng có suy đoán rằng sự sống có nguồn gốc từ sao Hỏa có thể đã tồn tại trong những môi trường được bảo vệ này.
Chỉ riêng vùng Tharsis đã có kích thước bằng hành tinh lùn Ceres. Khi cái bướu này hình thành, nó đã tăng thêm khối lượng lớn đến mức sao Hỏa được cho là đã nghiêng khoảng 20 độ. Lý do chính xác đang được các nhà khoa học tranh luận, nhưng các giả thuyết bao gồm một vụ va chạm lớn trong lịch sử sao Hỏa hoặc các chùm lớp phủ không ổn định.
NASA cũng đang xem xét các hang động có thể có trên Mặt trăng Titan, mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ, chọn tàu vũ trụ “Dragonfly” Johns Hopkins để khám phá bề mặt của nó. Mặc dù việc thám hiểm sao Hỏa có người lái chỉ được mong đợi vào đầu những năm 2030, nhưng máy bay không người lái trinh sát có thể rất quan trọng đối với sự tồn tại lâu dài của loài người trên hành tinh này.
Các bước nghiên cứu tiếp theo
Nhóm của Hassanalian hiện đang trong giai đoạn thiết kế và thử nghiệm sơ bộ. Các kỹ sư đang nỗ lực cải tiến hệ thống phân tán của máy bay không người lái bồ công anh, tối ưu hóa thời lượng pin và cải thiện cảm biến thu thập dữ liệu. Các thử nghiệm trên các ống núi lửa trên mặt đất tiếp tục cung cấp dữ liệu có giá trị.
Một mốc thời gian cụ thể cho việc khởi động sứ mệnh này vẫn chưa được thiết lập. Tuy nhiên, sự quan tâm chung từ nhiều cơ quan vũ trụ NASA, ESA (Cơ quan Vũ trụ Châu Âu) và các trường đại học nghiên cứu chỉ ra rằng việc thăm dò các ống dung nham trên sao Hỏa sẽ đi từ khái niệm lý thuyết đến thực tế hoạt động trong vòng chưa đầy một thập kỷ.
Máy bay không người lái bồ công anh đại diện cho một sự thay đổi mô hình trong khám phá không gian. Thay vì vận chuyển những cỗ máy ngày càng lớn hơn và phức tạp hơn, các nhà khoa học đang đi theo hướng ngược lại: những cỗ máy nhỏ hơn, đơn giản hơn lấy cảm hứng từ thiên nhiên. Cách tiếp cận này không chỉ giải quyết các vấn đề thực tế trong việc khám phá các ống dung nham mà còn mở ra khả năng nghiên cứu các môi trường khắc nghiệt trên toàn hệ mặt trời.