خارگیاهان غلتان یا همان tumbleweedها، تصویر نمادین و آشنای چشم‌اندازهای بیابانی و متروک را در ذهن تداعی می‌کنند. هرچند این گیاه بیشتر با غرب آمریکا شناخته می‌شود، اما رایج‌ترین نوع آن در حقیقت اصالتی اروپایی دارد و در نام علمی با عنوان Salsola targus یا «خار روسی» (Russian thistle) شناخته می‌شود. بنابراین جالب است که گروهی از دانشمندان اروپایی با الهام از ویژگی‌های منحصربه‌فرد همین گیاه، طرحی نوآورانه ارائه کرده‌اند که در آینده می‌تواندزمینه‌ساز کاوش مریخ به کمک ربات‌های غلتان شبیه به tumbleweed باشد.
این تیم پژوهشی که به نام «تیم تَمبِل‌وید» شناخته می‌شوند، به‌تازگی نتایج مجموعه‌ای از آزمایش‌های اولیه خود را در نشست مشترک «کنگره علوم سیاره‌ای اروپا» و «بخش علوم سیاره‌ای انجمن نجوم آمریکا» ارائه کردند. این رویداد سالانه که از ۷ تا ۱۲ سپتامبر در شهر هلسینکی فنلاند برگزار شد، یکی از بزرگ‌ترین گردهمایی‌های علمی در حوزه علوم سیاره‌ای است و امسال بیش از ۱۸۰۰ دانشمند و مهندس در آن حضور داشتند.
ایده ساده اما درخشان
طرح ربات غلتان بسیار ساده است: یک سازه‌ی سبک و انعطاف‌پذیر به قطر حدود ۵ متر ساخته می‌شود. در مرکز این سازه مجموعه‌ای از حسگرها و ابزارهای علمی تعبیه خواهد شد و وظیفه حرکت آن به بادهای مریخی سپرده می‌شود.
به این ترتیب، یک ناوگان از این ربات‌ها می‌تواند در اطراف یک فرودگر (lander) پراکنده شود و در نقاط مختلف داده‌های علمی جمع‌آوری کند، آن هم با هزینه‌ای به‌مراتب کمتر از مأموریت‌های متداول. افزون بر این، زمانی که حرکت آن‌ها متوقف شود، همچنان قادر خواهند بود داده‌های ارزشمندی مانند ویژگی‌های خاک و سطح مریخ را ثبت کنند.
چالش بادهای مریخی
اعتبار: تیم تَمبِل‌وید
اما پرسش اساسی این بود: آیا بادهای ضعیف مریخ واقعاً می‌توانند چنین ربات بزرگی را به حرکت درآورند؟
تیم پژوهشی ابتدا محاسباتی انجام داد و دریافت که سرعت متوسط تندبادها در مریخ حدود ۱۰ متر بر ثانیه است. با این حال، از آنجا که چگالی جو مریخ بسیار کمتر از زمین است، نیروی رانشی باد به مراتب ضعیف‌تر خواهد بود.
برای آزمون عملی، نخست یک نمونه اولیه به قطر ۲٫۷ متر در معدن متروکه‌ای در شهر ماستریخت هلند آزمایش شد. در این نمونه، حسگرهای ساده و آماده بازار مانند مغناطیس‌سنج و واحد اندازه‌گیری اینرسی قرار داده شده بود. هدف این بود که ببینند آیا حسگرها می‌توانند هنگام حرکت نامنظم و غلتیدن روی زمین همچنان داده‌ها را جمع‌آوری و ارسال کنند. نتیجه مثبت بود و نشان داد که سامانه‌های علمی می‌توانند حتی در شرایط بی‌ثبات نیز کار کنند.
آزمایش تونل باد
گام بعدی، آزمایش در شرایط شبیه‌سازی‌شده مریخ بود. برای این منظور، چندین نمونه کوچک‌تر به تونل باد دانشگاه آرهوس دانمارک فرستاده شد. در این تونل می‌توان شرایط فشار جو و سرعت باد مشابه مریخ را بازسازی کرد.
هر ربات در برابر جریان باد به حرکت درآمد و تیم پژوهشی محاسبه کرد که برای حرکت آن‌ها به چه سرعت بادی نیاز است. نتیجه این شد که بادهای مریخ توانایی به حرکت درآوردن این ربات‌ها را دارند.
توانایی عبور از زمین‌های دشوار
اعتبار: تیم تَمبِل‌وید / ساس شیلتن
یکی از نکات مهم در این طرح، قابلیت عبور از انواع زمین‌های مریخی است. نتایج نشان داد ربات‌ها می‌توانند روی شن، سنگ‌ریزه و حتی میدان‌های پر از صخره‌های بزرگ حرکت کنند.
افزون بر این، پژوهشگران یک شیب مصنوعی به تونل باد افزودند. این شیب در زمین تنها ۱۱ درجه بود، اما با در نظر گرفتن گرانش ضعیف‌تر مریخ، معادل ۳۰ درجه به شمار می‌رود. ربات‌ها توانستند این شرایط را هم پشت سر بگذارند.
برآورد سرعت و مسافت پیمایش
با استفاده از داده‌های تونل باد، محققان محاسبه کردند که هر ربات می‌تواند در مدت حدود ۱۰۰ روز مریخی مسافتی نزدیک به ۴۲۲ کیلومتر را طی کند. سرعت حرکت آن‌ها در شرایط معمولی حدود ۰٫۳۶ کیلومتر در ساعت خواهد بود.
به گفته‌ی ماریو ژوائو کاروالو دو پینتو بالسماو، دانشمند مأموریت: «در شرایط مساعد، حداکثر مسافتی که یک ربات می‌تواند بپیماید حتی به ۲۸۰۰ کیلومتر هم می‌رسد.» این رقم برای مأموریت‌های کم‌هزینه، دستاوردی شگفت‌انگیز خواهد بود.
برنامه‌های آینده
البته هنوز راه زیادی باقی مانده تا نخستین «تمبل‌وید» واقعی روی سطح مریخ غلت بزند. تیم پژوهشی برنامه دارد:
- به‌روزرسانی محموله‌های حسگرها و افزودن ابزارهای دقیق‌تر.
- بهبود مدل‌های دینامیکی برای شبیه‌سازی بهتر حرکت در شرایط مریخی.
- ساخت و آزمایش نمونه‌های بیشتر در میدان‌های واقعی روی زمین.
آزمایش میدانی بعدی این پروژه قرار است در صحرای آتاکاما در شیلی انجام شود؛ جایی که از نظر خشکی و شرایط محیطی، شباهت زیادی به مریخ دارد. پژوهشگران امیدوارند که فیلم‌های گرفته‌شده از حرکت این ربات‌ها در آن دشت‌های خالی، یادآور صحنه‌های کلاسیک وسترن هالیوود باشد، با این تفاوت که این بار هدف، آینده‌ای علمی و کاوشی بین‌سیاره‌ای است.
جمع‌بندی
ایده‌ی استفاده از ربات‌های سبک و غلتان، همانند tumbleweed، می‌تواند انقلابی در روش‌های کاوش سیاره‌ها ایجاد کند. چنین ربات‌هایی ارزان، مقاوم، و خودران هستند و بدون نیاز به موتور یا سوخت، تنها با نیروی باد حرکت می‌کنند. اگرچه هنوز در مرحله‌ی آزمایش‌های اولیه هستند، اما نتایج تاکنون نشان داده که این ایده عملی و امیدبخش است.
شاید در آینده نه‌چندان دور، وقتی به آسمان شب نگاه می‌کنیم و به سیاره سرخ می‌اندیشیم، بدانیم که گروهی از «خارگیاه‌های غلتان رباتیک» در حال پیمایش دشت‌ها و صخره‌های مریخ‌اند و داده‌هایی ارزشمند برای شناخت بهتر این سیاره به زمین می‌فرستند.
