Onboard Science Instrument Autonomy for the Detection of Microscopy Biosignatures on the Ocean Worlds Life Surveyor

要約

タイトル：『Ocean Worlds Life Surveyorでのマイクロスコピー生物指標検出のためのオンボード科学機器自律性』

要約：
– 外宇宙の生命を発見することは、文明レベルの影響を持つ非常に重要な科学的目的である。
– 太陽系内の氷の衛星は、液体の海により微生物の生息地となる可能性があり、探査のための有望なターゲットとなっている。
– しかし、生命の正確な定義がないことは検出戦略を構築する上で根本的な問題である。
– 明確な検出を増やすためには、複数の独立した生物指標をサンプルする補完的な機器スイートが必要である。
– このような機器スイートにより、EnceladusやEuropaなどの遠い海洋世界から送信が可能なデータ量を10,000倍に増やすことができる。
– このデータ帯域幅の制限に対処するために、OSIA（Onboard Science Instrument Autonomy）は、観測機器データを評価、要約、優先順位付けすることができるフライトシステムの新たな分野である。
– 本論文では、OSIAを利用した、Jet Propulsion LaboratoryのOcean Worlds Life Surveyor（OWLS）プロトタイプ機器スイートの2つの実施例を説明している。
– 1つ目は、デジタルホログラフィック顕微鏡の動画で生命のような動きを特定するものであり、2つ目は、固有の蛍光や染料誘起蛍光を通じて細胞構造と組成を識別するものである。
– 成功した運航要件と計算制限により、OSIAの導入の障壁を下げることができた。
– また、シミュレーションと実験データを用いたOSIAの性能評価と、ハイパーサリン Mono Lake 惑星アナログサイトでの現地試験を実施し、OSIAが生物指標検出を可能にする可能性を実証し、外部太陽系の探索ミッションに役立つ教訓を提供することができた。

要約(オリジナル)

The quest to find extraterrestrial life is a critical scientific endeavor with civilization-level implications. Icy moons in our solar system are promising targets for exploration because their liquid oceans make them potential habitats for microscopic life. However, the lack of a precise definition of life poses a fundamental challenge to formulating detection strategies. To increase the chances of unambiguous detection, a suite of complementary instruments must sample multiple independent biosignatures (e.g., composition, motility/behavior, and visible structure). Such an instrument suite could generate 10,000x more raw data than is possible to transmit from distant ocean worlds like Enceladus or Europa. To address this bandwidth limitation, Onboard Science Instrument Autonomy (OSIA) is an emerging discipline of flight systems capable of evaluating, summarizing, and prioritizing observational instrument data to maximize science return. We describe two OSIA implementations developed as part of the Ocean Worlds Life Surveyor (OWLS) prototype instrument suite at the Jet Propulsion Laboratory. The first identifies life-like motion in digital holographic microscopy videos, and the second identifies cellular structure and composition via innate and dye-induced fluorescence. Flight-like requirements and computational constraints were used to lower barriers to infusion, similar to those available on the Mars helicopter, ‘Ingenuity.’ We evaluated the OSIA’s performance using simulated and laboratory data and conducted a live field test at the hypersaline Mono Lake planetary analog site. Our study demonstrates the potential of OSIA for enabling biosignature detection and provides insights and lessons learned for future mission concepts aimed at exploring the outer solar system.

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