చంద్రుడి రాత్రిని తట్టుకోవడానికి పెంగ్విన్‌లలా గుమిగూడే రోబోలు

చంద్రుడి గుహలనూ లావా గొట్టాలనూ అన్వేషించడానికి చిన్న రోబోల గుంపులు (swarms) ఒక ఆకర్షణీయమైన మార్గం: ఒకటి పోయినా, మిషన్ తప్పనిసరిగా విఫలం కాదు. ఉదాహరణకు, NASA చేపట్టిన CADRE మిషన్ చంద్రుడిని కలిసి మ్యాప్ చేయడానికి పరస్పరం సహకరించుకునే మూడు చిన్న రోవర్లను పంపుతుంది — కానీ పగటిపూట మాత్రమే. అవి ఒకే ఒక్క చంద్ర పగటి కోసం రూపొందించబడ్డాయి, రాత్రిని తట్టుకోలేవు.

354 గంటల రాత్రి

ఆ రాత్రి సుమారు 354 గంటలు ఉంటుంది, ఉపరితలం 95 కెల్విన్, అంటే సుమారు −178 °C వైపు చల్లబడుతుంది. కొన్ని రోవర్లు దాన్ని దాటి నిలిచాయి: Yutu-2 రేడియో ఐసోటోప్ సహాయంతో పనిచేసే ఉష్ణ నియంత్రణపై ఆధారపడుతుంది, చంద్ర రాత్రుల తర్వాత మళ్లీ పని ప్రారంభించింది; కాగా ఒక్క చంద్ర పగటి కోసం రూపొందించిన ప్రజ్ఞాన్ మళ్లీ సంభాషణను ప్రారంభించలేదు. అయితే రేడియో ఐసోటోప్ హీటర్లను ఒక గుంపు స్థాయికి పెంచలేం. 2 వాట్ల హీటర్‌ను నిలపడానికి ఒక్కో రోబోకు సుమారు 5 గ్రాముల ప్లూటోనియం డయాక్సైడ్ కావాలి, అమెరికా ఉత్పత్తి లక్ష్యమైన ఏడాదికి సుమారు 1.5 కిలోగ్రాములు పెద్ద ప్రధాన (flagship) రేడియో ఐసోటోప్ వ్యవస్థల కోసం నిర్ణయించినది, పోగొట్టుకున్నా పర్వాలేని రోబోల కోసం కాదు.

MIT సెంటర్ ఫర్ బిట్స్ అండ్ ఆటమ్స్, యూరోపియన్ స్పేస్ ఏజెన్సీ అడ్వాన్స్‌డ్ కాన్సెప్ట్స్ టీమ్‌కు చెందిన Anaïs Jeger, అదే బృందానికి చెందిన Harry Holt, ESA ప్లానెటరీ రోబోటిక్స్ లాబొరేటరీకి చెందిన Lennart Puckతో కలిసి వేరే ప్రశ్న అడిగారు: రోబోలు ఒకదాని శరీరాన్ని మరొకటి ఉష్ణ కవచంగా వాడుకోగలవా?

తెల్లవారుజామున ఇచ్చే ఒకే స్కోరు

వారి సిమ్యులేషన్‌లో, ఇరవై రోబోలు ఒక పూర్తి చంద్ర రాత్రిని కలిసి గడుపుతాయి. ప్రతి ఒక్కటీ తన నిల్వ శక్తి ఉన్నంతవరకు ఒక హీటర్‌తో తనను తాను 0 °C వద్ద ఉంచుకుంటుంది; ఆ తర్వాత చల్లబడుతుంది, −40 °C కంటే దిగువకు వెళ్తే చనిపోయినట్టు లెక్క. అది ఎంత వేగంగా వేడిని కోల్పోతుందనేది దాని ఆకాశ బహిర్గతం (sky exposure) మీద ఆధారపడుతుంది: అది ఎంత బహిరంగ ఆకాశాన్ని చూస్తుంది, ఒంటరిగా ఉన్న రోబోకు 1 నుంచి పొరుగువాటితో చుట్టుముట్టబడిన రోబోకు 0 వరకు. ఒంటరిగా ఉన్న రోబో 1.92 వాట్లను వికిరణం చేసి కోల్పోతుంది.

ఇరవై రోబోలూ ఒకే చిన్న న్యూరల్ నెట్‌వర్క్‌ను నడుపుతాయి. ప్రతి ఒక్కటీ స్థానిక సమాచారాన్ని మాత్రమే చూస్తుంది — తన సొంత ఉష్ణోగ్రత, శక్తి, బహిర్గతం, తన పొరుగువి ఎక్కడ ఉన్నాయి, అవి ఎలా ఉన్నాయి — ఏ దిశలో వెళ్లాలో దాన్ని ఇస్తుంది. ఆ నెట్‌వర్క్‌కు “పరిణామ వ్యూహాల” (evolution strategies) ద్వారా శిక్షణ ఇచ్చారు: కొద్దిగా మార్చిన అనేక ప్రతులను ప్రయత్నించడం, ఆపై ఉమ్మడి సెట్టింగులను ఉత్తమ స్కోరు సాధించినవాటి వైపు కొంచెం జరపడం, మళ్లీ మళ్లీ చేయడం.

స్కోరు ఉద్దేశపూర్వకంగానే అరుదైనది. అది రాత్రి చివర ఒక్కసారి వస్తుంది: అత్యంత చల్లగా ఉన్న ఐదు రోబోల సగటు ఉష్ణోగ్రత. అందులో స్థానం, దూరం, బహిర్గతం లేదా కదలిక గురించి ఏమీ ఉండదు.

ఎవరూ చెప్పకుండానే పెంగ్విన్‌లు

అయినా రెండు ప్రవర్తనలు కనిపించాయి. చెల్లాచెదురుగా మొదలైన గుంపు సుమారు ఐదు గంటల్లో గుమిగూడుతుంది. ఆ తర్వాత అది ఎప్పుడూ స్థిరపడదు: రోబోలు ఆశ్రయం ఉన్న మధ్యభాగానికీ, బహిర్గతమైన అంచుకూ మధ్య తిరుగుతూనే ఉంటాయి. ఎంపరర్ పెంగ్విన్‌లు అంటార్కిటిక్ శీతాకాలాన్ని తట్టుకునేది ఇదే జత ప్రవర్తనలతో అని రచయితలు ఎత్తిచూపుతారు — అవి గుమిగూడతాయి, చల్లని బయటి భాగానికీ ఆశ్రయం ఉన్న మధ్యభాగానికీ మధ్య స్థానాలు మార్చుకుంటూనే ఉంటాయి. ఈ ప్రశ్నకు పెంగ్విన్‌లే ప్రేరణ; కానీ వాటిని అనుకరించినందుకు రోబోలకు ఎన్నడూ బహుమతి ఇవ్వలేదు.

తేడా తెచ్చేది ఈ ప్రసరణే. రోబోలను లోపలి వైపుకు మాత్రమే మొగ్గేలా చేసే, వాటిని ఎప్పుడూ బయటికి తిరిగి పంపని, చేతితో రాసిన ఒక నియమం అదే గుంపును ఏర్పరుస్తుంది, కానీ రాత్రంతా అంచు మధ్యభాగం కంటే చల్లగానే ఉంటుంది, ఒక పరీక్షలో ఇరవైలో తొమ్మిది రోబోలు పోయాయి. శిక్షణ సాగే కొద్దీ, అత్యంత చెడ్డ స్థానంలో ఉన్న రోబో యొక్క కాల-సగటు బహిర్గతం సుమారు 0.71 నుంచి 0.26కు పడిపోయింది, ఇది గుంపు సగటు 0.23కు దగ్గరగా ఉంది — బహిర్గతం స్కోరులో భాగం కాకపోయినా.

రోబోలు హడావిడిగా పరుగెత్తడం కూడా లేదు: అవి సగటున గంటకు 4.3 మీటర్లు ప్రయాణిస్తాయి, అదే వాటి నిర్ణీత వేగంతో ఆగకుండా నడిపితే 54 మీటర్లు ప్రయాణిస్తాయి: అవి ఎక్కువగా కదలకుండా కూర్చుని, చిన్న చిన్న కదలికలతో స్థానం మార్చుకుంటాయి, రాత్రి మొత్తంలో వాటి నికర కదలిక ఒక మీటరు కంటే తక్కువ.

ఎంత తక్కువ శక్తి సరిపోతుంది

రచయితలు మనుగడ పరిమితిని (survival threshold) కొలిచారు: శిక్షణలో ఎన్నడూ చూడని పది ప్రారంభ అమరికల్లో, సూర్యోదయానికి ప్రతి రోబో ఇంకా బతికి ఉండేలా ఒక్కో రోబోకు అవసరమైన అతి తక్కువ నిల్వ శక్తి. వారు దాన్ని pcm-h అని పిలిచే ఒక ప్రమాణంలో వ్యక్తపరుస్తారు, దాని విలువ 7.2 కిలోజౌల్‌లు — 2 వాట్ల హీటర్ ఒక గంటలో వాడేది.

• చెల్లాచెదురుగా వదిలేసిన రోబోలు: 328.5 pcm-h.
• కదలకుండా ఉండే గుంపు: 246.0 pcm-h.
• నేర్చుకున్న గుంపు, పది శిక్షణ పరుగులను కలిపి: 155.6 ± 1.3 pcm-h.

అది కదలని గుంపు కంటే 37% తక్కువ, కేవలం భౌతికశాస్త్రం మాత్రమే నిర్దేశించిన ఒక దిగువ పరిమితి (138.1 pcm-h) కంటే కేవలం 12.7% ఎక్కువ: సాధ్యమైనంత దట్టమైన అమరికలోని బహిర్గతాన్ని ఇరవై రోబోలూ సమానంగా పంచుకుంటే అవసరమయ్యే శక్తి అది. 163 pcm-h వద్ద, కదలని గుంపు ఆరు రోబోలను కోల్పోతుంది; తిరుగుతూ ఉండే గుంపు ఇరవైనీ కాపాడుకుంటుంది.

చేతితో రాసిన మరో సాధారణ నియమం దాదాపు సరిగ్గా అంతే బాగా పనిచేసింది, 154.5 pcm-h వద్ద: ప్రతి రోబో మెల్లగా లోపలి వైపుకు మొగ్గుతుంది, తాను తాకుతున్నవాటిలో అతి తక్కువ శక్తి ఉన్న రోబో పూర్తి బలంతో మధ్యభాగం వైపు దూసుకుపోతుంది.

ఊహించిన దానికంటే తక్కువ అవసరాలు

భాగాలను తీసేసినా ఈ ప్రవర్తన నిలుస్తుంది. దిశను నిర్ణయించుకోవడానికి ఉమ్మడి గుర్తు (landmark) లేకపోయినా, పరిమితి దాదాపు మారదు: ప్రారంభ అమరికను బట్టి అది 154.3 నుంచి 156.7 pcm-h మధ్య ఉంటుంది, గుర్తు ఉన్నప్పుడు 155.4 నుంచి 155.7; అయితే రోబోలు ఎక్కువగా కదులుతాయి. జ్ఞాపకశక్తి లేని నెట్‌వర్క్‌కు సుమారు 3% ఎక్కువ శక్తి ఖర్చవుతుంది. ఇరవై రోబోలపై శిక్షణ పొందిన అవే నెట్‌వర్క్‌లు మళ్లీ శిక్షణ లేకుండానే ముప్పై, నలభై రోబోల గుంపులను నడుపుతాయి, ఒక్కో రోబోకు 5.0%, 8.0% తక్కువ శక్తి అవసరమవుతుంది — భౌతిక పరిమితికి ఇది 5.5%, 10.7%.

రోబోలు ఒకదాన్నొకటి తాకాల్సిన అవసరం కూడా లేదు. 25 మిల్లీమీటర్ల దూరం పాటించమని బలవంతం చేసినా, అవే నెట్‌వర్క్‌లతో అవన్నీ రాత్రిని దాటుతాయి, సుమారు 13% ఎక్కువ నిల్వ శక్తితో, ఎందుకంటే ఇప్పుడు కవచంలో ఖాళీలు ఉన్నాయి.

చంద్రుడి మట్టిపై చక్రాలు

ఇక్కడ జరిగేదంతా సిమ్యులేషన్‌లోనే. రోబోలు రాత్రంతా స్థానాలు మారుస్తూనే ఉంటాయి, అంటే 354 గంటల పాటు చంద్రుడి రెగోలిత్‌కు (ఉపరితలాన్ని కప్పి ఉండే వదులైన ధూళి, రాతి ముక్కలు) వ్యతిరేకంగా పనిచేసే చక్రాలు. మోడల్‌లో అరుగుదల గానీ, ఘర్షణ లేదా స్పర్శలో మార్పు గానీ లేవు. ఒక పూర్తి రాత్రి అలా అరిగిపోతూ చక్రాలూ శరీరాలూ నిలుస్తాయా అనేది — రచయితలు ప్రధాన బహిరంగ ప్రశ్నగా ఎత్తిచూపేది — ఇంకా పరీక్షించబడలేదు.