La surface d'Europe, l'une des quatre lunes de Jupiter, constitue un ennemi redoutable. Tout d’abord, elle est enveloppée dans une épaisse couche de glace, déchirée en de grands gouffres par l’attraction gravitationnelle massive de Jupiter. Ensuite, il y a la gravité de surface extrêmement basse et les canyons glissants et glissants. Mais sous toute cette glace, on pense également qu'Europa possède un océan de liquide susceptible de soutenir la vie, ce qui en fait une cible de choix pour notre prochaine exploration en profondeur du système solaire.
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Alors, comment la NASA va-t-elle surmonter ce défi perfide? Elle ne peut certainement pas envoyer de rover à roues comme Sojourner, qui a fait un bond de géant pour la robotique lors de sa première traversée de Ares Valles sur Mars en 1996. Au lieu de cela, la NASA cherche à supprimer ces roues jadis révolutionnaires et à réinventer la façon dont la prochaine génération Des robots exploreront les astéroïdes et les mondes extérieurs glacés du système solaire au cours des prochaines décennies.
Entrez: LEMUR.
Ce rover de nouvelle génération pèse actuellement environ 75 livres et représente une fraction de la taille de la Curiosity de Mars, qui enregistre environ une tonne. Sa seule taille dépasse les limites de la capacité robotique - mais si elle est déployée, elle devra faire plus que cela. Le rover de la taille d'une pinte devra résister à des températures extrêmement extrêmes et à des conditions magnétiques extrêmes; naviguer sur n'importe quelle surface; et le faire assez longtemps pour rassembler des données utiles avec certains des instruments de science spatiale les plus légers et les plus intelligents jamais construits.
Est-ce à la hauteur de la tâche?
Trois générations de rovers martiens de la NASA de 1997 à 2012, photographiées à l'intérieur du triage Mars au Jet Propulsion Lab de Pasadena, en Californie: réserve de vol pour Sojourner (avant), le rover de test Mars Exploration Rover Project (à gauche) et le rover de test Curiosity (à droite) . (NASA / JPL-Caltech) Certes, le robot LEMUR - un acronyme de «robot utilitaire mécanique d’excursion à membres» - n’est pas aussi mignon que l’espèce aux yeux écarquillés et à la queue duveteuse popularisée par Madagascar par Dreamworks . Le robot tire son nom de l'ambidextérité du vrai mammifère. Initialement destiné à être un robot de réparation pour les missions de la Lune habitées, le rover a été repensé pour l'exploration en microgravité des surfaces verticales et inversées des canyons et des grottes.
«[Les lémuriens] utilisent leurs mains et leurs pieds pour se déplacer et se manipuler», explique Aaron Parness, chef du groupe de robotique pour environnements extrêmes au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA. "Même si notre robot n'a pas de bras et de jambes distincts, il ressemble à un singe ou à un lémurien en ce sens qu'il peut utiliser ses pieds pour faire les choses beaucoup plus efficacement que les humains."
Pour s'assurer que le robot puisse se déplacer dans des environnements encore plus étranges que ceux trouvés sur Mars, le groupe de Parness a créé ce qu'on pourrait appeler un «chimérobot»: un robot qui fait appel aux capacités de nombreux animaux terrestres. LEMUR évoque les araignées et les étoiles de mer grâce à ses membres et à ses pattes en forme de pagaie. Ses appendices lui permettent de ramper et de s'accrocher à des surfaces escarpées.
Les quatre membres du robot sont équipés de «pieds» circulaires interchangeables, qui peuvent être échangés contre des accessoires dotés de fonctions différentes, à la manière d'un couteau suisse, pour l'aider à traverser diverses surfaces. Les pieds d'escalade comportent une série de minuscules crochets en acier tranchants comme un rasoir, appelés microspines, qui agrippent suffisamment la surface rugueuse des rochers pour qu'un pied puisse supporter le poids du robot. Pour les surfaces lisses, telles que les coques extérieures des stations spatiales ou des satellites, LEMUR adhère avec des pieds collants de type gecko.
Récemment, des chercheurs ont emmené l'une des «mains» de LEMUR en Antarctique pour tester un nouvel accessoire potentiellement crucial: les forets à glace en forme de vis. Lorsque Parness et son équipe sont prêts à tester leur matériel, ils "recherchent les endroits les plus difficiles que nous puissions trouver", a déclaré Parness. «Nous devons trouver le juste équilibre entre le bon environnement, mais aussi le fait de ne pas être si éloigné qu'il en coûte cher et impossible de faire venir l'équipe. L'Antarctique était au bord de cela.
Pour ce faire, ils ont fait appel à Aaron Curtis, géographe devenu volcanologue devenu robotiste, qui a passé plusieurs étés sur l'extrême sud du continent, rampant autour de tunnels glacés formés par le mont Erebus, le volcan actif le plus au sud de la Terre. Avec des températures moyennes estivales plongeant à -22 degrés Fahrenheit, le volcan, les formations de glace qu’il crée et son lac de lave permanent représentent un bon indicateur des conditions qu’un rover à pattes pourrait rencontrer sur des lunes glacées comme Europa ou Enceladus.
Aaron Curtis s'est rendu en Antarctique en décembre dernier, où il a testé des robots et des instruments conçus pour des mondes glacés comme Europa. (Nial Peters) En tant que chercheur associé à l'Observatoire du volcan Erebus pendant six des sept dernières années, Curtis a dressé la carte de la topographie de la glace entourant le volcan. Ses intérêts particuliers étaient sous la surface, dans les grottes et les tunnels, fondus dans la glace par les gaz s'échappant des fissures du volcan. Trouver des endroits où les tunnels reliés à l'extérieur était parfois aussi simple que de trouver une imposante «cheminée de glace», des structures de plusieurs mètres de haut formées par des fuites de gaz. D'autres fois, cela impliquait de trouver des entrées de grottes en lâchant une motoneige par accident dans un trou obscur.
Après avoir passé quatre ans à cartographier une grotte en 3-D afin d'observer ses changements au fil du temps, Curtis s'est retrouvé à plusieurs reprises devant les mêmes défis. Premièrement, son équipe n’a pas pu se rendre dans certaines zones car elles étaient trop toxiques pour être explorées par des humains. Deuxièmement, ils craignaient que leur présence humaine ne contamine par inadvertance le rare environnement par des microbes introduits. Ces deux préoccupations l'ont amené à s'interroger sur l'utilité des explorateurs robotiques.
«Si nous avions un robot capable de se déplacer sur la glace, nous pourrions explorer des grottes microbiennes sensibles et remplies de gaz», explique Curtis. Son propre bricolage sur glace a fini par être un bon choix pour le travail déjà en cours chez JPL, auquel il s’était joint en tant que robotiste en octobre dernier.
Il s’avère que les microspines ont tendance à simplement déchiqueter la glace au lieu de les agripper, car l’attachement est conçu pour presser les épines sur le rocher pour en faire l’achat. Curtis a donc conçu un accessoire utilisant de minuscules perceuses pour s’enfoncer dans une surface glacée.
La conception d'origine s'est encrassée de glace, a déclaré Curtis, alors il s'est tourné vers quelque chose qui incarne la passion de la glace pour les passionnés de glace: des vis à glace standard. Elles sont creuses, laissant passer la glace au lieu de s’accumuler derrière l’extrémité du forage. Elles permettraient également à LEMUR de produire et de recueillir des échantillons de glace au fur et à mesure de leur progression lente.
Les prochains tests sur le monde de la glace auront probablement lieu sur les glaciers au sommet du mont Rainier, à Washington - avec le châssis complet de LEMUR et pas uniquement avec un pied désincarné. Mais Parness a déclaré que la possibilité de tester les capacités d'échantillonnage soulignait également un autre objectif clé de l'ensemble du processus de développement.
«Avec les tests sur le terrain, nous essayons toujours d'atteindre deux objectifs: démontrer des technologies pour une utilisation future, mais aussi faire des recherches scientifiques significatives à cet endroit», a-t-il déclaré. En d’autres termes, les tests LEMUR ne nous aident pas seulement à comprendre éventuellement les cryovolcans sur d’autres corps; «Cela nous profite aussi sur Terre», déclare Parness.
LEMUR s'entraîne dans le laboratoire d'Aaron Parness du JPL lors d'un test récent. (NASA / JPL-Caltech) Depuis plus de 35 ans, Penelope Boston recherche la vie microbienne et ses indicateurs dans des environnements extrêmes, tels que la Cueva de Villa Luz imbibée d'acide sulfurique à Tabasco, au Mexique. Dans ses fonctions antérieures de directrice des études sur les grottes et le karst à l’Institut des mines et de la technologie du Nouveau-Mexique, où elle a étudié le processus de vieillissement et d’érosion des cavernes et des dolines souterraines, Boston a dirigé Parness vers des endroits où son équipe et LEMUR pourraient apprendre ce qu’il faut rechercher, et comment le rechercher.
«J'ai aidé l'équipe d'Aaron à comprendre quels indices subtils pourraient indiquer des gisements microbiens ou minéraux intéressants pour LEMUR à inspecter», a déclaré Boston, qui dirige désormais l'Institut de l'astrobiologie de la NASA par courrier électronique.
Le menu de possibilités, ajouta-t-elle, sont des motifs laissés dans les formations rocheuses par des processus biologiques, tels que des textures montrant que des micro-organismes ont été à l’œuvre pour transformer le substrat rocheux ou les gisements minéraux. Sur Terre, de telles preuves existent dans des endroits comme la grotte de Lechugilla au Nouveau-Mexique, où des bactéries qui se nourrissent de soufre, de fer et de manganèse auraient joué un rôle dans la formation des grottes et des formations de pierre spectaculaires.
Les indices laissés par la vie microbienne ne sont généralement pas si évidents. Mais en testant divers instruments sur des restes microbiens vivants et fossilisés, des robots tels que LEMUR peuvent éclairer davantage sur la façon dont ces microbes vivaient, façonnaient leur environnement et mouraient.
Une partie du défi consiste à s’assurer que les outils sont suffisamment petits pour être mobiles. Ainsi, en plus de tester le matériel, Parness et son équipe travaillent avec des partenaires universitaires pour développer des instruments de télédétection et d'analyse miniaturisés. L'idée est que LEMUR pourrait les porter sur son ventre ou comme un sac à dos, en cartographiant une grotte ou un terrain en 3D avec lidar, en chromatographie en phase gazeuse, à la recherche de composés organiques et de molécules riches en carbone avec un minuscule spectromètre proche infrarouge.
"Le groupe de [Aaron] Parness explore les possibilités de doter LEMUR de la reconnaissance des modèles et de l'apprentissage machine pour l'aider à voir comme un être humain", a déclaré Boston. «La paléobiologie peut souvent être très fine et subtile, et les capacités visuelles et d'interprétation améliorées que les robots peuvent apporter à la table sont des outils potentiellement extrêmement puissants pour nous aider à mieux voir et comprendre la paléobiologie.
Aaron Curtis, chercheur postdoctoral au JPL, au sommet du mont Antarctique. Erebus, le volcan actif le plus au sud de la planète. (Dylan Taylor) Dans le cadre du budget fédéral proposé par la Maison-Blanche, le financement de la mission de redirection d'astéroïdes - le programme dans lequel LEMUR est le plus susceptible d'être utilisé - serait supprimé. Cependant, il a été demandé à Parness et à son équipe de poursuivre leurs travaux sur LEMUR. Fin 2017, Parness retournera dans la région de Titus Canyon, dans la vallée de la Mort, où il avait déjà testé LEMUR, s'arrêtant près de tubes de lave au Nouveau-Mexique en été.
Là-bas, des algues fossilisées vieilles de 500 millions d'années constituent un analogue pour les vestiges antiques potentiels ailleurs, mais les ingénieurs doivent s'assurer que LEMUR peut les voir. «Si nous essayons de chercher de la vie sur les falaises de Mars ou d'autres planètes, nous devons rechercher les traces de vie les plus anciennes sur Terre et tester nos instruments là-bas», déclare Parness. «Si nous ne pouvons pas détecter la vie sur notre propre planète, qu'est-ce qui nous donne l'assurance de pouvoir la retrouver dans un échantillon plus ancien et plus sévère?»
