Wyślemy na inne planety rośliny - roboty. Stworzą warunki do życia zanim przybędą ludzie
Włoska biolog i inżynier zaproponowała nowe podejście do budowy robotów. Jako źródło inspiracji wskazuje ona rośliny. Jej zdaniem roboty-rośliny mogłyby posłużyć do analizowania i wzbogacania gleby, poszukiwania wody i innych substancji chemicznych, a także przyczynić się do stworzenia od podstaw infrastruktury w kosmosie.
Od początku ubiegłej dekady tempa nabrał proces tworzenia robotycznych odpowiedników żywych organizmów. Jak grzyby po deszczu zaczęły powstawać robo salamandry, ważki, ośmiornice, gekony itp… Teraz włoska biolog, która postanowiła podążyć nową ścieżką kariery naukowej i została inżynierem, Barbara Mazzolai, wyszła ze śmiałą propozycją - stwórzmy robota inspirowanego nie zwierzętami, a roślinami.
Rośliny są imponującymi eksploratorami
Pomimo tego, że rośliny nie poruszają się tak szybko i sprawnie jak zwierzęta, błędem jest stwierdzenie, że nie mogą one posłużyć jako inspiracja przy budowie robotów. Najciekawszym z tego punktu widzenia jest główny element systemu nerwowego roślin, który znajduje się w ich korzeniach. To one bowiem badają środowisko i są odpowiedzialne za podejmowanie wielu decyzji. Stale zbierają informacje pochodzące z gleby, aby określić, w którym kierunku rosnąć, aby natrafić na niezbędne składniki odżywcze, uniknąć słonej gleby i zapobiec zakłócaniu korzeni innych roślin.
Korzenie roślin nie potrafią kopać tak jak pies w ogródku czy kret pod ziemią, ale są w tym niezwykle wydajne. Są w stanie przebić się przez grunt, zużywając jedynie ułamek energii, której do podobnej aktywności wymagają robaki, wspomniane krety czy produkowane i obsługiwane przez ludzi wiertła. Tak naprawdę korzenie roślin są doskonałymi narzędziami do podziemnej eksploracji. Jak tłumaczy Mazzolai:
W prawdziwych roślinach korzenie pełnią dwie funkcje. Eksplorują glebę w poszukiwaniu wody i składników odżywczych, ale co ważniejsze, zakotwiczają roślinę, która w przeciwnym razie załamałaby się i umarła.
Zakotwiczenie jest kluczowym zagadnieniem, jakie mają na uwadze inżynierowie projektujący sondy kosmiczne lub ich lądowniki, które mają za zadanie wylądować i pobrać próbki gruntu z ciał niebieskich, które eksplorują. Trzeba pamiętać o tym, że w większości przypadków, od Księżyca po Marsa, asteroidy i komety siła ich przyciągania grawitacyjnego jest dość słaba. Najlepszą opcją na zwiększenie przyczepności lądowników w różnego rodzaju haki, wiertła itp. Niestety są one zawodne. Przykładem tego jest los lądownika Philae, który nie zdołał uczepić się powierzchni komety 67P/Churyumov-Gerasimenko w 2014 roku, tylko odbił się od jej powierzchni, przez co misja nie zakończyła się pełnym sukcesem.
Kosmiczne zastosowania robotycznych roślin
Mazzolai pracowała już ze swoim zespołem w sektorze kosmicznym, dla Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) w latach 2007-2008 gdzie opisała ona system kotwiczenia statków kosmicznych inspirowany korzeniami roślin. W badaniu ESA Mazzolai wyobraziła sobie statek kosmiczny lądujący na planecie nie w delikatny sposób, jak się to zwykle odbywa (wyjątkiem są sondy kosmiczne używające do lądowania nadmuchiwanego balonu, który odbija się od powierzchni jak piłka, zanim się nie zatrzyma), ale uderzając w jej powierzchnię z impetem.
Uderzenie miałoby wykopać niewielką dziurę w powierzchni, co pozwoliłoby na wprowadzenie „nasiona" do gruntu. Stamtąd robotyczny korzeń mógłby rosnąć, pompując wodę do serii modułowych komór, które rozszerzałyby się i wywierały nacisk na glebę. Nawet jednak w najlepszym przypadku taki system mógłby sprostać jedynie luźnej glebie.
Po przejściu do Włoskiego Instytutu Technologii, w 2012 roku Mazzolai otrzymała od Unii Europejskiej grant na przeprowadzenie badań, których efektem miał być robot o nazwie Plantoid, inspirowany roślinami. Mazzolai ze swoim zespołem zaprojektowała korzenie robota jako elastyczne, przegubowe, cylindryczne struktury z końcówkami poruszającymi się w różnych kierunkach. Robot miałby posiadać swoisty mechanizm wzrostu, oparty na miniaturowej drukarce 3D, która dodawałaby stale materiał za końcówką korzenia, wpychając go w glebę.
Wyobraźcie sobie, że nawijacie linę wokół patyka, a ta staje się sztywna już kilka sekund po tym, jak ją nawiniecie. Można wtedy wetknąć patyk nieco głębiej w glebę, nawinąć wokół niego więcej liny i tym samym budować coraz dłuższą tubę z tym samym krótkim patykiem jako tymczasową podporą.
Fakt, że korzeń wywiera nacisk na glebę tylko od czubka, jest tym, co zasadniczo różni go od tradycyjnych wierteł, które są bardzo destrukcyjne. Korzenie, przeciwnie, szukają istniejących pęknięć gleby, w które mogą wrosnąć, i tylko jeśli nie znajdą żadnego, stosują wystarczający nacisk, aby samemu stworzyć pęknięcie.
- wyjaśnia Mazzolai.
Badania gruntu, medycyna - potencjał jest ogromny
Ten nowy projekt może pewnego dnia zaowocować robotami eksploratorami, które będą mogły pracować w ciemnych środowiskach z dużą ilością pustej przestrzeni, takich jak jaskinie czy studnie. Zrobotyzowane korzenie mogłyby także dokonywać pomiarów stężenia substancji chemicznych w glebie lub poszukiwać wody w jałowych glebach. Medycyna także mogłaby skorzystać na takich urządzeniach. Lekarze zyskaliby do dyspozycji bezpieczniejsze endoskopy, które poruszałyby się w ciele bez uszkadzania tkanek.
Dla ambitnej Włoszki centrum zainteresowań pozostają jednak zastosowania jej robotów w badaniach kosmosu. Roboty inspirowane roślinami, mogłyby nie tylko pobierać próbki gleby na innych planetach, ale także uwalniać chemikalia, aby uczynić ją bardziej żyzną. W przyszłości roboty mogłyby być używane do „uprawy” całej infrastruktury od podstaw. W miarę wzrostu robotyczne korzenie i gałęzie budowałyby pustą strukturę, którą można wypełnić kablami lub płynami.
Ta zdolność do autonomicznej „uprawy” infrastruktury mogłaby być nieoceniona przy zasiedlaniu Marsa, gdzie las robotów inspirowanych roślinami mógłby zawczasu analizować glebę i szukać wody oraz innych substancji chemicznych, tworząc stabilną strukturę w komplecie z rurami wodnymi, okablowaniem elektrycznym i kablami komunikacyjnymi. Astronauci przybywający na Czerwoną Planetę zastaliby w takim wypadku gotową, działającą infrastrukturę niezbędną do podtrzymywania życia i prowadzenia badań.
Artykuł powstał w oparciu o fragmenty książki Dario Floreano i Nicoli Nosengo „Tales from a Robotic World. How Intelligent Machines Will Shape Our Future".
