Temui Pionir Robot yang Memungkinkan Kita Menjajah Mars

Dari NASA yang akan datang Misi Bulan ke Mars untuk rencana ambisius Elon Musk untuk melakukannya menggunakan Kapal Luar Angkasa SpaceX untuk akhirnya menjajah Mars, perlombaan untuk mengisi Planet Merah sudah dimulai. Namun sebelum manusia dapat mengunjungi Mars dan mendirikan pangkalan jangka panjang apa pun di sana, kita perlu mengirimkan pengintai untuk melihat kondisi daratan dan mempersiapkannya untuk misi berawak.

Para pionir mekanik yang akan kami kirim ke Mars di tahun-tahun mendatang akan mengikuti jejak para penjelajah seperti itu Penjelajah rasa ingin tahu dan itu Pendarat wawasan, namun robotika Mars generasi berikutnya akan menggunakan AI yang canggih, metode propulsi baru, dan satelit kecil yang fleksibel untuk memenuhi tantangan penjajahan dunia baru.

Merancang untuk lingkungan Mars

Ada kesulitan tersendiri dalam membuat mesin yang dapat bertahan di lingkungan Mars. Pertama, cuaca dingin, dengan suhu rata-rata sekitar minus 80 derajat Fahrenheit dan turun hingga minus 190 derajat Fahrenheit di kutub. Lalu ada atmosfer tipis, yang kepadatannya hanya satu persen dari atmosfer bumi. Lalu ada juga debu yang mengganggu yang muncul dalam setiap operasi di permukaan planet ini, belum lagi radiasi intens dari sinar matahari.

Kondisi lingkungan ini menimbulkan masalah bagi robotika, mulai dari variasi suhu yang menyebabkan mekanisme menjadi tidak stabil mengembang dan berkontraksi sehingga aus seiring berjalannya waktu, hingga debu masuk ke roda gigi sehingga menghalangi penggunaan pelumasan.

“Ini adalah lingkungan yang sangat unik dan ekstrem, bahkan untuk robot luar angkasa,” kata Al Tadros, VP of Space Infrastruktur dan Ruang Sipil di Maxar Technologies, yang merupakan perusahaan yang membuat lengan robotik Penjelajah Mars milik NASA. Lengan robotik Maxar tidak hanya harus mampu bertahan di lingkungan yang keras ini, tetapi juga melakukan tugas seperti menggali dan mengebor yang memungkinkan penyelidikan ilmiah.

Pertimbangan lainnya adalah batasan berat. Ketika suatu bagian harus dikirim ke Mars melalui roket, setiap gramnya perlu dipertimbangkan dan diperhitungkan, dan itu memerlukan pemilihan bahan yang cermat. “Banyak dari apa yang kami lakukan menggunakan berbagai jenis aluminium,” jelas Tadros. “Kami juga menggunakan titanium dan dalam beberapa kasus kami menggunakan serat karbon, tergantung pada aplikasinya.” Trik penghematan berat lainnya termasuk melubangi beberapa bagian bagian yang tidak perlu terlalu kuat secara struktural, seperti panjang lengan robot yang dapat dibuat dari komposit matriks sarang lebah tabung.

Membiarkan robot menjelajah sendiri

Ketika penjelajah telah dikirim ke permukaan Mars, penjelajah dapat mulai melakukan penjelajahan. Namun, karena jaraknya yang jauh dari Bumi, para insinyur tidak mungkin mengendalikan robot penjelajah secara langsung. Sebaliknya, robot memiliki tingkat otonomi dalam eksplorasi mereka, dan NASA menjalankan komando pengawasan.

“Mereka dapat memerintahkan penjelajah untuk bergerak sejauh lima meter ke arah ini,” kata Tadros sebagai contoh. Jika ada masalah dalam menjalankan perintah itu, penjelajah akan berhenti dan menunggu instruksi lebih lanjut. “Dalam hal ini, hal ini masih belum sempurna. Namun di masa depan, keinginannya adalah untuk memiliki otonomi sehingga penjelajah menyadari, 'Oh, saya disuruh berjalan lima meter, tapi ada batu besar di sini. Saya akan memutar ke arah ini karena saya tahu medannya terbuka.’”

Dengan peta dan pengetahuan lokal, penjelajah akan mampu melakukan navigasi mandiri. Mereka bahkan pada akhirnya akan dapat melakukan sains secara mandiri, sehingga para ilmuwan hanya perlu menentukan perintah seperti 'temukan jenis batu ini' dan penjelajah dapat menemukan dan menganalisis sampel. Otonomi semacam ini sudah direncanakan sebagai bagian dari misi bulan NASA yang akan datang dengan Penjelajah VIPER, kata Tadros. “Mereka akan melakukan pencarian cepat, mengamati dan mengkarakterisasi regolit dan bebatuan untuk mencari es dan material lainnya.”

Dengan robotika seperti VIPER dan Marscopter diluncurkan sebagai bagian dari proyek Mars 2020, kita dapat mengharapkan mesin untuk mengintai dan menjelajahi Mars, mencari tahu tentang sumber daya dan bahaya lokal yang akan membantu atau menghambat kelangsungan hidup manusia di alam planet.

Membangun Sistem Pemosisian Mars

Mengetahui di mana manusia dapat mendarat dengan aman di Mars dan di mana mereka dapat menemukan sumber daya yang dibutuhkan adalah langkah pertama menuju kolonisasi. Namun perbedaan nyata antara kunjungan dan kunjungan jangka panjang di planet lain adalah masalah infrastruktur. Mulai dari air, komunikasi, hingga pembangunan habitat, kita perlu menemukan cara untuk menyediakan kebutuhan dasar hidup secara berkelanjutan.

Salah satu metode untuk membangun infrastruktur awal adalah melalui penggunaan satelit kecil, atau smallsat. “Jika Anda berpikir untuk menjajah Mars, tempat masuknya satelit-satelit kecil adalah menyiapkan infrastrukturnya koloni,” kata Brad King, CEO Orbion, sebuah perusahaan yang menciptakan sistem propulsi yang lebih efisien satelit kecil. “Kita membutuhkan jaringan komunikasi di Mars, baik antara dua titik di Mars maupun dari Mars kembali ke Bumi. Di Bumi, kita telah memecahkan banyak masalah ini dengan mengorbit satelit di sekitar planet kita.”

Smallsat dapat memenuhi fungsi serupa di Mars, dengan menyiapkan Mars yang setara dengan GPS – kita dapat menyebutnya Sistem Pemosisian Mars. Mereka juga dapat menjelajahi permukaan planet ini, mempersiapkan area yang akan didatangi manusia.

Perjalanan dari A ke B

Masalahnya adalah mengirimkan satelit dari Bumi ke Mars dengan cara yang terjangkau. Secara tradisional, pesawat telah dipindahkan melalui ruang angkasa melalui penggerak kimia – yaitu membakar bahan bakar untuk menciptakan daya dorong. Ini adalah cara yang bagus untuk menciptakan daya dorong dalam jumlah besar, seperti daya dorong yang diperlukan roket untuk meninggalkan atmosfer bumi dan mencapai luar angkasa. Namun dibutuhkan bahan bakar dalam jumlah besar, sehingga bagian terbesar dari roket modern hanyalah tangki bahan bakarnya.

Alternatif yang lebih murah untuk bergerak di luar angkasa adalah penggerak listrik, yang menggunakan tenaga surya untuk menembakkan zat lembam seperti xenon dari bagian belakang pesawat. Cara ini sangat hemat bahan bakar, sehingga memungkinkan perjalanan jarak jauh dengan bahan bakar yang sangat sedikit. Kekurangannya adalah metode penggerak ini memiliki daya dorong yang rendah sehingga membutuhkan waktu lebih lama untuk sampai di tempat tujuan. Mengirim pesawat dari Bumi ke Mars menggunakan tenaga listrik mungkin memakan waktu beberapa tahun, dibandingkan dengan tenaga kimia yang membutuhkan waktu enam hingga sembilan bulan.

Namun, prinsip ini tidak hanya berlaku pada pesawat kecil tanpa awak. Keuntungan tersendiri dari penggerak listrik adalah peningkatan skalanya yang sangat efisien: “Teknologi penggerak listrik bekerja lebih baik jika semakin besar ukurannya,” kata King. “Pada prinsipnya, tidak ada yang membatasi peningkatan propulsi listrik pada misi berawak yang sangat besar. Anda baru saja mulai menghadapi rintangan ekonomi karena Anda sedang membangun kapal seukuran Battlestar Galactica untuk mencapainya.”

Tenaga penggerak listrik telah digunakan dalam proyek-proyek seperti pesawat Hayabusa milik Badan Antariksa Jepang, yang baru-baru ini mengunjungi asteroid jauh Ryugu. Dan ada lebih banyak rencana untuk kapal bertenaga listrik di proyek-proyek masa depan, seperti unsur tenaga dan penggerak (PPE) stasiun Lunar Gateway NASA yang menggunakan penggerak listrik tenaga surya dan akan tiga kali lebih kuat dari kemampuan saat ini.

Naik bus

Peluncuran dan pendaratan di planet masih memerlukan tenaga kimia, namun perjalanan di antara keduanya dapat dilakukan jauh lebih efisien. King menyarankan agar kendaraan awak non-propulsif atau kendaraan kargo dapat ditempatkan pada orbit bersepeda yang melewati Bumi dan Mars. “Kemudian pada dasarnya Anda dapat mengirim barang dan 'naik bus' ke Mars, tanpa memerlukan tenaga penggerak,” jelasnya. Sistem serupa telah digunakan untuk Teleskop Luar Angkasa Kepler, yang menggunakan sangat sedikit bahan bakar setelah diluncurkan ke orbit heliosentris yang mengikuti Bumi.

Tentu saja perjalanan dari Bumi ke Mars hanyalah sebagian dari perjalanan. Begitu sebuah pesawat tiba di Mars, ia perlu melambat dan memasuki orbit. Untuk memperlambat pesawat, biasanya ada dua metode: menggunakan pendorong mundur yang membutuhkan bahan bakar, dan aerobraking. Yang terakhir adalah saat sebuah pesawat masuk ke atmosfer luar Mars, menggunakan gaya tarik aerodinamis untuk mengurangi energi kendaraan sehingga ketika keluar dari atmosfer, ia dapat memasuki orbit.

Konsep penggerak listrik sudah ketinggalan zaman selama beberapa dekade terakhir, namun dengan adanya proyek-proyek baru ini, konsep tersebut beralih ke arus utama. “Sekarang hal ini diterapkan dalam skala besar – seperti transisi perjalanan udara dari pesawat yang digerakkan oleh baling-baling ke pesawat jet,” kata King.

Sensor dan AI

Jadi kita bisa mengirim robot untuk mengamati permukaan dan satelit untuk menyiapkan infrastruktur. Kita bahkan dapat memindahkan konstruksi besar seperti habitat melalui ruang angkasa dengan menggunakan bahan bakar minimal melalui tenaga listrik. Namun tantangan kolonisasi Mars tidak hanya terjadi ketika manusia benar-benar menempati habitat di planet tersebut. Salah satu permasalahan utamanya adalah bagaimana habitat dan bangunan dapat dipertahankan dalam jangka waktu lama ketika tidak dihuni. Proyek yang direncanakan seperti stasiun Lunar Gateway milik NASA, misalnya, kemungkinan hanya akan ditempati 20 hingga 30 orang persen dari waktu ke waktu, dan kita dapat mengharapkan tingkat hunian yang serupa atau bahkan lebih rendah di Mars potensial habitat.

Habitat di luar planet harus bisa memantau dan memperbaiki diri, terutama ketika manusia terdekat berada jutaan mil jauhnya. Dan untuk itu, diperlukan AI.

Sebuah sistem yang baru-baru ini diluncurkan di Stasiun Luar Angkasa Internasional dapat menjadi dasar pemantauan habitat AI. milik Bosch Sistem SoundSee terdiri dari muatan berisi 20 mikrofon, kamera, dan sensor lingkungan untuk merekam suhu, kelembapan, dan tekanan. Sensor-sensor ini mengumpulkan data tentang lingkungan, khususnya informasi akustik, yang dapat digunakan untuk mendeteksi masalah.

“Jika Anda membayangkan ada kebocoran di stasiun, tidak hanya akan ada nada ultrasonik, tetapi juga hilangnya tekanan,” jelas ilmuwan peneliti Bosch, Jonathan Macoskey. “Jika kita melihat hilangnya tekanan dan nada ultrasonik serta faktor lainnya, itu adalah cara nyata untuk mengidentifikasi suatu masalah.”

Tentu saja, kebocoran di ISS akan berdampak besar, jelas, dan dramatis. Namun banyak kegagalan mesin, terutama di lingkungan tak berawak, disebabkan oleh degradasi bertahap seiring berjalannya waktu. AI dapat digunakan untuk merasakan hal-hal ini, kata peneliti utama SoundSee, Samarjit Das, bukan dengan menambahkan sensor yang lebih banyak atau lebih baik, melainkan dengan menggunakan data sensor secara lebih efisien untuk mencari yang halus pola.

“Mesin tidak langsung terurai dari keadaan baik menjadi buruk,” kata Das. “Ada penurunan bertahap seiring berjalannya waktu. Bayangkan sistem yang mungkin ingin Anda pantau di ISS seperti treadmill. Roda gigi di dalamnya perlahan menurun seiring waktu saat digunakan. Kita sebagai manusia tidak dapat mendengar ada yang tidak beres di sana, namun ketika Anda menerjemahkannya ke dalam data dari waktu ke waktu, AI dapat mendeteksi perubahan halus yang menyimpang dari norma tersebut.”

Namun, jangan bayangkan kapal dan habitat di masa depan dikendalikan sepenuhnya oleh AI, atau lebih buruk lagi oleh AI besar seperti HAL tahun 2001. “Sensor dan AI tidak akan sepenuhnya menggantikan manusia dan mengotomatiskan segalanya,” kata Das. “AI adalah garis pertahanan.” Macoskey setuju: “Kami melihat AI sebagai alat yang memungkinkan hal-hal baru dengan cara yang sama seperti mikroskop memungkinkan manusia melihat organisme mikroskopis.”

Kolonisasi Mars mungkin saja terjadi

Dengan semua kesulitan lingkungan dan logistik ini, tampaknya mengirim manusia ke Mars adalah suatu hal yang sulit, apalagi membangun pangkalan permanen atau semi permanen di sana. Meskipun ini merupakan tantangan serius, solusinya ada dalam bentuk AI, robotika, dan metode propulsi yang saat ini sedang diuji untuk digunakan dalam proyek luar angkasa di masa depan.

“Saya percaya bahwa penjajahan Mars bukanlah masalah teknologi, ini masalah ekonomi,” kata King. “Jika kami mempunyai sumber daya untuk dibelanjakan, kami tahu apa yang perlu dibangun dan kami tahu bagaimana membangunnya. Namun jumlah dolar atau euro yang diperlukan untuk melakukan hal tersebut sangatlah besar.”

Dengan pendanaan yang cukup, kami memiliki pengetahuan untuk mulai menyiapkan sistem komunikasi, memungkinkan transportasi, dan membangun habitat di Mars. King yakin bahwa hal ini dapat terjadi dalam masa hidup kita: “Dengan sumber daya yang tidak terbatas, kita dapat membangun infrastruktur ini dalam satu dekade.”

Rekomendasi Editor

• Robot pengubah bentuk yang luar biasa ini suatu hari nanti bisa terbang ke Mars
• Temui robot pelempar yang mampu meniru lemparan manusia dengan sempurna
• Peta perairan Mars dapat membantu memilih lokasi untuk misi masa depan
• NASA menginginkan bantuan Anda untuk memecahkan misteri Mars yang abadi
• Sentuhan terakhir: Bagaimana para ilmuwan memberi robot indra peraba yang mirip manusia