在火星上找房很快就会成为一件正经事，亚利桑那大学的研究人员已经在寻找未来宇航员可以作为栖息地的房地产。UArizona工程学院的研究人员开发了一项技术，可以让一群机器人探索其他世界的地下环境。
“熔岩管和洞穴将为宇航员提供完美的栖息地，因为你不必建造结构；你被屏蔽了有害的宇宙辐射，所以你所需要做的就是让它变得美丽舒适，”UArizona电气和计算机工程副教授沃尔夫冈·芬克说。
芬克是《空间研究进展》（Advances in Space Research）一篇新论文的主要作者，该论文详细介绍了一种通信网络，该网络将通过所谓的网状拓扑网络将漫游者、湖泊登陆者甚至潜水器连接起来，使机器能够作为一个团队独立于人类输入而协同工作。根据芬克及其合著者的说法，该方法有助于克服当前技术在彗星、小行星、卫星和行星体上安全穿越环境的有限能力，从而有助于解决NASA的航天技术大挑战之一。为了向童话故事“Hansel and Gretel”致敬，研究人员将他们正在申请专利的概念命名为“面包屑式动态部署通信网络”范式，即DDCN。
童话故事激励未来
“如果你还记得这本书，你就会知道汉塞尔和格雷特是如何扔面包屑以确保他们找到回家的路的，”芬克说，他是加州理工学院和UArizona视觉与自主探索系统研究实验室的创始人兼主任。“在我们的场景中，‘面包屑’是搭载在漫游车上的微型传感器，当它们穿过洞穴或其他地下环境时，这些传感器就会展开。”
持续监测环境并保持对其在太空中的位置的感知，漫游车自行行进，通过无线数据连接相互连接，沿途部署通信节点。一旦漫游车检测到信号正在衰减但仍在范围内，它就会丢弃一个通信节点，而不管它放置最后一个节点后实际经过了多少距离。
芬克说：“其中一个新的方面就是我们所说的机会性部署，即在必须时部署“面包屑”，而不是按照之前计划的时间表部署。”
一直以来，不需要来自母车的输入；芬克补充道，每个下属的漫游者都将自己做出决定。芬克解释说，该系统可以以两种方式之一工作。其中，母漫游车充当被动接受者，收集进行探测的漫游车发送的数据。在另一个场景中，母亲漫游者充当管弦乐队，像木偶大师一样控制漫游者的动作。
机器接管
新概念与Fink及其同事在2000年代初设计的分层可扩展侦察模式相吻合。这一想法设想了一组机器人在不同的指挥级别上运行——例如，一个轨道飞行器控制着一艘飞艇，而飞艇又控制着地面上的一个或多个着陆器或漫游器。太空任务已经接受了这一概念，有几次是由UArizona研究人员参与的。例如，在火星上，毅力号火星车指挥着机器人直升机“Ingenuity”。
另一项任务的构想最终没有被选定为资金来源，它提议派遣一个携带气球的轨道飞行器和一个湖泊着陆器，研究土星卫星泰坦上的一个碳氢化合物海洋。面包屑方法通过提供一个强大的平台，使机器人探险者能够在地下甚至浸没在液体环境中进行操作，从而使这一想法更进一步。芬克说，在地球上发生自然灾害后，这种成群的自主机器人也可以帮助搜救工作。
芬克说，除了首先让漫游者进入地下环境之外，最大的挑战是取回他们在地下记录的数据并将其带回地表。DDCN概念允许一组漫游者在复杂的地下环境中航行，而不会与地面上的“母漫游者”失去联系。配备了光探测和测距系统，或激光雷达，它们甚至可以绘制出所有三维的洞穴通道，这与
电影《普罗米修斯》中可以看到的探索外星飞船的无人机不同。
芬克表示：“一旦部署，我们的传感器就会自动建立一个非定向网状网络，这意味着每个节点都会更新其周围的每个节点。”芬克在2019年向美国宇航局提交的一份提案中首次详细介绍了DDCN概念。
芬克实验室的论文合著者、高级研究科学家马克·塔贝尔补充道：“它们可以在彼此之间切换，并补偿盲点和信号中断。如果其中一些节点死亡，剩余节点仍有连接，因此母漫游车永远不会失去与网络中最远节点的连接。”
不返回的使命
强大的通信节点网络确保机器人探险者收集的所有数据都能传回地面上的母漫游车。芬克说，因此，一旦机器人完成任务，就没有必要取回它们。他早在2014年就发表了使用一次性移动机器人表面探测器的想法。
“它们被设计成可消耗的，”他说。“与其浪费资源让他们进入洞穴并撤退，不如让他们尽可能地离开，一旦他们完成任务、耗尽权力或屈服于敌对环境，就把他们抛在身后。”
“这篇新论文中引入的通信网络方法有可能预示着行星和天体生物学发现的新时代，”德国天体生物学学会主席、许多关于外星生命的出版物的作者德克·舒尔兹·马库奇（Dirk Schulze Makuch）说。“它最终使我们能够探索火星熔岩管洞穴和冰卫星的地下海洋——那里可能存在外星生命。”
UArizona Regents水文和大气科学、地球科学和行星科学教授维克托·贝克（Victor Baker）表示，提出的概念“具有魔力”。贝克说：“当技术的进步提供了第一次接触一件事物或一个地方的机会，以及将由此发现的东西与寻求理解的创造性思维交流的方式时，科学中最令人惊奇的发现就出现了。”
探索隐藏的海洋世界
在需要潜水机器人的地方，该系统可以由一个着陆器组成——要么漂浮在湖上，就像土卫六上的情况一样，要么坐在像木卫二一样的地下海洋顶部的冰上——例如通过一根长电缆连接到潜艇上。在这里，通信节点将充当中继器，以规则的间隔增强信号以防止其降级。芬克指出，重要的是，节点本身具有收集数据的能力，例如测量压力、盐度、温度和其他化学和物理参数，并将数据输入连接回着陆器的电缆。
他说：“想象一下，你一路走到木卫二，你融化了几英里的冰，来到了地下海洋，在那里你发现自己被外星生物包围，但你无法将数据带回地表。这是我们需要避免的情况。”
在开发了漫游者和通信技术之后，芬克的团队现在正在致力于建立漫游者部署通信节点的实际机制。
芬克说：“基本上，我们将教我们的‘汉斯’和‘格雷特’如何丢弃面包屑，这样他们就可以组成一个运行良好的网状通信网络。”
