環(huán)球熱資訊！NASA：一群微型游泳機(jī)器人將可在遙遠(yuǎn)的世界尋找外星生命

這些小機(jī)器人被裝在一個(gè)狹窄的融冰探測(cè)器內(nèi)，通過隧道穿過冰凍的地殼，它們將被釋放到水下并遠(yuǎn)離它們的母船去探索一個(gè)迷人的新世界。

(資料圖)

這是JPL的一位機(jī)器人機(jī)械工程師Ethan Schaler的愿景，他的“獨(dú)立微型游泳器傳感(SWIM)”概念最近從NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念(NIAC)計(jì)劃中獲得了60萬美元的第二階段資金。這筆資金是在他2021年獲得12.5萬美元的第一階段NIAC資金以研究可行性和設(shè)計(jì)方案之后獲得的，這將使他及其團(tuán)隊(duì)在未來兩年內(nèi)能夠生產(chǎn)和測(cè)試3D打印的原型。

一個(gè)關(guān)鍵的創(chuàng)新是，Schaler的迷你游泳器將比其他行星海洋探測(cè)機(jī)器人的概念小得多，它可以將許多游泳器緊湊地裝入一個(gè)冰探測(cè)器。它們將增加探測(cè)器的科學(xué)覆蓋面并可以在評(píng)估一個(gè)遙遠(yuǎn)的含海洋天體的潛在可居住性時(shí)增加探測(cè)到生命跡象的可能性。

“我的想法是，我們可以把小型化的機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到哪里并以有趣的新方式探索我們的太陽系？”Schaler說道，“通過一群小型游泳機(jī)器人，我們能探索更大體積的海水并通過讓多個(gè)機(jī)器人在同一區(qū)域收集數(shù)據(jù)來改進(jìn)我們的測(cè)量。”

目前還不是NASA任何任務(wù)的一部分，早期階段的SWIM概念設(shè)想了楔形機(jī)器人，每個(gè)約5英寸（12厘米）長(zhǎng)，體積約3至5立方英寸（60至75立方厘米）。約四打機(jī)器人可以裝在直徑為10英寸（25厘米）的低溫機(jī)器人的4英寸長(zhǎng)（10厘米長(zhǎng)）的部分，它們只占科學(xué)有效載荷體積的15%左右。這將為更強(qiáng)大但移動(dòng)性較差的科學(xué)儀器留下足夠的空間，而這些儀器可以在穿越冰層的漫長(zhǎng)旅程中收集數(shù)據(jù)并在海洋中提供固定的測(cè)量。

計(jì)劃于2024年發(fā)射的歐羅巴快艇任務(wù)將在2030年到達(dá)Jovian時(shí)開始用一套大型儀器在多次飛越中收集詳細(xì)的科學(xué)數(shù)據(jù)。展望未來，正在通過NASA的歐羅巴科學(xué)探索次表層訪問機(jī)制(SESAME)計(jì)劃及NASA的其他技術(shù)發(fā)展計(jì)劃來開發(fā)調(diào)查此類海洋世界的低溫機(jī)器人概念。

更好的合作

盡管SWIM概念雄心勃勃，但其目的是在加強(qiáng)科學(xué)的同時(shí)減少風(fēng)險(xiǎn)。低溫機(jī)器人將通過一條通信鏈跟地面登陸器相連，而地面登陸器又是與地球上的任務(wù)控制人員的聯(lián)系點(diǎn)。這種方法再加上包括大型推進(jìn)系統(tǒng)在內(nèi)的有限空間意味著低溫機(jī)器人很可能無法冒險(xiǎn)超越冰跟海洋的交匯點(diǎn)。

“如果在花了那么多年時(shí)間進(jìn)入海洋后，你在錯(cuò)誤的地方穿過冰殼怎么辦？如果那里有生命的跡象，但不是你進(jìn)入海洋的地方呢？”來自JPL的SWIM團(tuán)隊(duì)科學(xué)家Samuel Howell說道，“通過帶著這些機(jī)器人群，我們將能夠查看‘那邊’以探索比單個(gè)低溫機(jī)器人所允許的更多環(huán)境。”，據(jù)悉，Howell也在為歐羅巴快船任務(wù)工作。

Howell將這一概念跟NASA的 “機(jī)智號(hào)火星直升機(jī)”相比較，后者是該機(jī)構(gòu)在紅色星球上的“毅力號(hào)”探測(cè)器的空中伙伴。他說道：“直升機(jī)擴(kuò)大了火星車的范圍，它發(fā)回的圖像是幫助火星車了解如何探索其環(huán)境的背景。如果你不是擁有一架直升機(jī)而是有一群，你就會(huì)對(duì)你的環(huán)境了解得更多。這就是SWIM背后的想法。”

另外，SWIM還將允許在遠(yuǎn)離低溫機(jī)器人的熾熱核電池的地方收集數(shù)據(jù)，該探測(cè)器將依靠核電池來融化冰層的下行路徑。Schaler指出，一旦進(jìn)入海洋，來自電池的熱量將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)熱泡，然后慢慢融化上面的冰并可能引起可能改變水的化學(xué)成分的反應(yīng)。

此外，SWIM機(jī)器人可以在魚類或鳥類的啟發(fā)下“成群結(jié)隊(duì)”地行動(dòng)，這樣可以通過它們的重疊測(cè)量來減少數(shù)據(jù)的誤差。這組數(shù)據(jù)還可以顯示出梯度：入溫度或鹽度在機(jī)器人群的集體傳感器中增加并指向它們所檢測(cè)到的信號(hào)源。

“如果有能量梯度或化學(xué)梯度，這就是生命開始出現(xiàn)的方式。我們將需要從低溫機(jī)器人的上游來感知這些，”Schaler說道。

每個(gè)機(jī)器人將有自己的推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)載計(jì)算機(jī)和超聲波通信系統(tǒng)及簡(jiǎn)單的溫度、鹽度、酸度和壓力傳感器。監(jiān)測(cè)生物標(biāo)志物--生命跡象--的化學(xué)傳感器將是Schaler第二階段研究的一部分。