次世代の火星探査車は砂粒よりも小さくなる可能性

今週日曜日に火星に到着予定のNASAの火星探査車キュリオシティがSUVサイズなのも、理由がある。165ポンドの科学機器を岩の上や峡谷に運ぶために作られているからだ。しかし、ハマーサイズのロボットを他の惑星に送るのは、まったく現実的ではない。まず、費用がかかる。（キュリオシティと同じ重さの探査車を火星に運ぶには、100万ポンド以上の燃料が必要だ。）また、大型の探査車は電力を大量に消費し、航続距離も限られている。将来のミッションに向けて、より少ない資源でより多くの科学研究を行いたいと願う研究者の中には、キュリオシティの約10億分の1の大きさのナノボットに着目し始めている人もいる。

火星に到達する最初のナノボットは、「スマートダスト」の雲として到着する可能性がある。スマートダストとは、火星の風を推進力として利用し、砂嵐のように移動する砂粒サイズのロボットである。軌道上の宇宙船が火星にダスト粒子のカプセルを投下する。そこから、火星の低い重力（地球の38％）を利用して、火星の薄い風に乗る。グラスゴー大学の物理学者ジョン・バーカーは、彼のコンピューターシミュレーションによると、3万台のロボットを一度に放出すると、数千平方マイルをカバーできると述べている。各ロボットには、ナノプロセッサ、近隣の粒子と通信するためのアンテナ、データを収集するためのセンサー、電極制御の形状変化ポリマーシェルが含まれます。地上に着地すると、粒子は滑らかな外観から、風を捉えて移動できるように抗力を生み出すくぼんだシルエットに変化するかを決定します。モートはセンサーを使って火星の気流や化学組成に関するデータを収集し、その情報を周回衛星に伝え、周回衛星はそのデータを地球に中継する。このプロジェクトは信じられないほど複雑に聞こえるかもしれないが、形状を変えるポリマーはすでに研究室に存在しており、バーカー氏はセンチメートルサイズのプロトタイプを使って、このコンセプトの最も難しい部分である通信アレイのテストを開始している。

あるエンジニアは、ロボットを宇宙放射線から守るナノボット火星基地とも言うべきものの開発に取り組んでいる。火星の地表の下を掘ってサンプルを収集するなど、より複雑で方向性のあるミッションでは、ロボットは自律的に、自分の力で移動する必要がある。NASAのANTS（自律ナノテクノロジー群）プログラムの研究者たちは、まさにそれが可能なTETwalkerと呼ばれる小型ロボットのコンセプトを開発してきた。各TETwalkerは、ジョイントで接続されたカーボンナノチューブの支柱の四面体である。個々のロボットは、支柱を長くしたり短くしたりすることで、重心を移動させ、目的の方向に転倒させることで移動できる。何万ものナノスケールTETwalkerをまとめて接続すると、探査車やアンテナなどのデバイスを形成でき、生命や水の兆候を探して惑星を移動できる。これまでに、エンジニアたちは人間の命令に応じて動く高さ2フィートの概念実証機を構築した。このプロトタイプをナノスケールに縮小するには、自ら移動し、自ら再配置して異なる種類の材料を形成できる高度なナノチューブが必要だ。プログラム責任者のスティーブ・カーティス氏は、ナノテク開発のスピードと資金レベル次第だが、TETwalkersは今後30年から40年以内に火星に着陸できる可能性があると語る。

シェルターがなければ、火星に住むロボットは、いずれは惑星の強烈な宇宙放射線と異常気象に屈することになる。ナノボットが長期ミッションを遂行できるように、ノースイースタン大学のエンジニアであるコンスタンティノス・マヴロイディスは、ナノボット火星基地とも言うべきものの理論的な計画に取り組んでいる。マヴロイディスは、この何マイルにも及ぶナノチューブ トンネルの蜘蛛の巣を「ネットワーク化された TerraXplorer」コンセプトと呼んでいる。探査機は、ナノボットをあらかじめ搭載した TerraXplorer を火星の表面に投下する。設置されると、保護されたナノボットは惑星の天候や地震活動を長期にわたって測定できる。

火星はナノボットの最初の目的地となる可能性が高いが、科学者は最終的に、それらをはるかに遠く、極限の場所に送る可能性がある。NASA ジェット推進研究所の研究者は、金星の華氏 900 度の表面に耐えられるカーボンナノチューブを開発している。他の研究者は、ナノボットを星間空間で移動させる方法を研究している。いずれにせよ、今後数十年で、宇宙に関する最も驚くべき発見のいくつかは、おもちゃの車よりも小さなロボットからもたらされる可能性がある。