下一代火星探测器可能比沙粒还小

美国宇航局的火星探测器“好奇号”定于本周日抵达这颗红色星球，它的大小与 SUV 相当，原因很简单：它能够携带 165 磅重的科学仪器越过巨石进入沟壑。但将悍马大小的机器人送到其他星球并不完全实用。首先，它成本高昂。（将“好奇号”重量的探测器送上火星需要超过一百万磅的燃料。）大型探测器也耗电大、行程有限。对于未来的任务，一些研究人员渴望用更少的资源进行更多的科学研究，他们已经开始考虑纳米机器人——每个纳米机器人的大小约为“好奇号”的十亿分之一。

首批抵达火星的纳米机器人将以“智能尘埃”云的形式抵达火星。智能尘埃是一种沙粒大小的机器人，它们像沙尘暴一样飞行，利用火星风作为推进器。一艘绕火星运行的航天器将把装有智能尘埃微粒的胶囊扔到火星上。从那里，它们将利用火星的低重力（只有地球的 38%）乘着稀薄的火星风飞行。格拉斯哥大学物理学家约翰·巴克表示，根据他的计算机模拟，一次发射 30,000 个机器人可以覆盖数千平方英里。每个机器人都包含一个纳米处理器、一个用于与邻近微粒通信的天线、一个用于收集数据的传感器和一个由电极控制的可变形聚合物外壳。一旦着陆，微粒将决定哪些微粒将从光滑的外表变成凹陷的轮廓，从而产生阻力，帮助它们捕捉风并飞行。这些微粒将使用传感器收集火星气流和化学成分的数据，然后将这些信息传送给轨道器，轨道器再将数据传回地球。这个项目听起来可能复杂得难以置信，但实验室里已经存在可变形聚合物，而 Barker 已经开始用厘米大小的原型测试这个概念最具挑战性的部分——通信阵列。

一名工程师正在研究相当于纳米机器人火星基地的东西，它可以保护机器人免受宇宙辐射。对于更复杂和定向的任务，例如挖掘火星表面和收集样本，机器人必须自主移动并依靠自己的动力。美国宇航局 ANTS（自主纳米技术群）计划的研究人员一直在开发微型机器人的概念，称为 TETwalkers，能够做到这一点。每个 TETwalker 都是由关节连接的碳纳米管支柱四面体。每个单独的机器人都可以通过延长或缩短其支柱来移动，从而改变其重心，直到它翻滚到所需的方向。数以万计的纳米级 TETwalker 可以连接在一起，形成诸如漫游车和天线之类的设备，它们可以环游地球寻找生命和水的迹象。到目前为止，工程师们已经建造了一个两英尺高的概念验证，它可以响应人类的命令而移动。为了将原型缩小到纳米级，科学家需要先进的纳米管，它们既可以自行移动，又可以重新排列，形成不同类型的材料。项目负责人史蒂夫·柯蒂斯 (Steve Curtis) 表示，根据纳米技术发展速度和资金水平，TETwalkers 可能在未来 30 到 40 年内登陆火星。

如果没有庇护所，任何火星机器人最终都会被火星强烈的宇宙辐射和极端天气所击垮。为了让纳米机器人能够执行长期任务，美国东北大学工程师康斯坦丁诺斯·马夫罗迪斯正在研究一个相当于纳米机器人火星基地的理论计划。马夫罗迪斯将这种长达数英里的纳米管隧道蜘蛛网称为“联网 TerraXplorer”概念。轨道飞行器会将预装纳米机器人的 TerraXplorer 投放到火星表面。一旦到位，受保护的纳米机器人就可以对火星的天气和任何地震活动进行长期测量。

尽管火星可能是纳米机器人的首个行星目的地，但科学家最终可能会将它们送往更遥远、更极端的地方。美国宇航局喷气推进实验室的研究人员正在开发能够在金星 900°F 表面下生存的碳纳米管。其他人正在研究如何让纳米机器人穿越星际空间。无论如何，在未来几十年里，一些关于太空的最令人震惊的发现可能来自比玩具车还小的机器人。