Wie die NASA Mikroben verwenden kann, um Weltraumroboter anzutreiben

Winzige Weltraumroboter, die von Erdmikroben angetrieben werden

1) Eine Illustration, wie sich winzige Weltraumroboter mit Erdmikroben antreiben könnten (Bildnachweis: NASA/Naval Research Laboratory)





Die heutigen Roboter-Weltraummissionen unternehmen sorgfältige Schritte, um zu vermeiden, dass winziges Bakterienleben von der Erde getragen wird, das die Oberfläche des Mars oder anderer Planeten kontaminieren könnte. Das kann sich alles ändern, wenn eine von der NASA finanzierte Anstrengung Mikroben als nahezu endlose Energiequelle für die nächste Generation von Roboterforschern nutzen kann.

Solche mikrobiellen Brennstoffzellen könnten Weltraumroboter fast unbegrenzt antreiben, solange ihre Bakterien die winzigen Mengen an Nahrung haben, die sie brauchen, um am Leben zu bleiben und durch ihre chemischen Reaktionen Strom zu erzeugen. Das wäre eine Alternative zu Weltraummissionen, deren Batterien entweder auf Atom- oder Sonnenenergie angewiesen sind – der Spirit Mars Rover der NASA wurde im vergangenen Mai offiziell für tot erklärt, nachdem der harte Winter dem Roten Planeten das Sonnenlicht für seine Sonnenkollektoren genommen hatte.

'Ob du schaust Satelliten oder Planetenforscher , ein Energiesystem zu haben, das nicht von der Sonne des Sonnensystems, Tag- und Nachtzyklen und gefährlichen Materialien wie Atom- oder anderen aggressiven Chemikalien abhängig ist, bedeutet, dass man wirklich viele Türen öffnet, um die Dauer wissenschaftlicher Missionen zu verlängern. sagte Gregory Scott, ein Weltraumrobotik-Ingenieur am US Naval Research Laboratory.



Die Mikrobielle Brennstoffzellen wird in naher Zukunft keine riesigen Roboter wie den autogroßen Curiosity-Rover der NASA antreiben, selbst wenn die experimentelle Technologie irgendwann dazu skaliert werden könnte. Stattdessen würden sie kleine Mengen Strom durchrieseln lassen, die eine Batterie langsam aufladen können, bis genug Energie vorhanden ist, um ein wissenschaftliches Instrument anzutreiben oder einen winzigen Roboter zu bewegen.

Dieser Prozess könnte im Idealfall fast jede kleine Weltraummission so lange wie nötig am Laufen halten.

'Angesichts der Tatsache, dass es sich um lebende Organismen handelt, haben sie eine wirklich lange Haltbarkeit', sagte Scott gegenüber InnovationNewsDaily. „Die Bakterienkolonie wird so lange leben, wie Sie ihr Nahrung geben – in unserem Fall Zucker – oder eine der anderen“ Biomasse-Brennstoffe wir suchen nach. Die Kolonie wird praktisch unbegrenzt überleben können.'



Scott und seine Kollegen hoffen, innerhalb der nächsten 10 Jahre einen Roboter-Prototyp zu bauen, der von Mikroben angetrieben wird und etwas mehr als 1 kg wiegt. Ihr erstes Jahr der Finanzierung stammt aus dem NASA Innovative Advanced Concepts-Programm.

Aber das Schrumpfen von mikrobiellen Brennstoffzellen – einige Prototypen mit einem Gewicht von 16 kg auf der kleinen Seite – auf etwas, das auf einen 2-Pfund-Roboter passt, wird Jahre dauern. Die Forscher müssen auch herausfinden, wie die kleinen Energieausbeute solcher mikrobiellen Brennstoffzellen erhöht werden können, selbst wenn sie die Gesamtgröße und das Gewicht verringern.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, noch leistungsschwächere Elektronik für die nächste Generation von winzigen Weltraumrobotern oder Rovern herzustellen. Eine solche Elektronik muss zeitweise nur sehr wenig oder gar keinen Strom verbrauchen, um mit dem von mikrobiellen Brennstoffzellen gelieferten Strom zu überleben.



Die Forscher wollen auch eine einfache und zuverlässige Möglichkeit finden, sich für ihren winzigen Roboter oder Rover zu bewegen. Eine ihrer Leitideen ist ein federbelastetes Hüpfsystem.

2) Elektronenmikroskopische Aufnahme der Mikrobe Geobacter sulfurreducens, dem Kern des mikrobiellen Brennstoffzellen-basierten Systems

2) Elektronenmikroskopische Aufnahme der Mikrobe Geobacter sulfurreducens, dem Kern des mikrobiellen Brennstoffzellen-basierten Systems(Bildnachweis: Naval Research Laboratory)

Sobald ein funktionierender Roboter-Prototyp gebaut wurde, würden die Forscher beginnen, die Herausforderungen zu erwägen, Mikroben auf Missionen in den Weltraum, zu Asteroiden oder zu fernen Planeten zu schicken – einschließlich der Frage, außerirdische Oberflächen vor Kontamination zu schützen. Ihre aktuellen Mikroben bestehen aus Geobacter sulfurreducens , ein Bakterium, das keinen Sauerstoff benötigt.

'Es gibt Bedenken hinsichtlich des Schutzes des Planeten sowie Bedenken hinsichtlich des Schutzes der Mikroben selbst vor Strahlung', sagte Scott. 'Irgendwann müssen wir uns auch überlegen, ob die Mikroben, die wir untersuchen, für Strahlungsumgebungen oder extreme Temperaturen am effektivsten sind.'

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