Sværm af små svømmerobotter kunne lede efter liv i fjerne verdener

En dag kunne en sværm af robotter på størrelse med mobiltelefoner gå gennem vandet under den miletykke iskolde skal af Jupiters måne Europa eller Saturns måne Enceladus, på udkig efter tegn på fremmed liv. Pakket inde i en smal issmeltende sonde, der ville tunnelere gennem den frosne skorpe, ville de bittesmå robotter blive frigivet under vandet, svømmende langt fra deres moderfartøj for at tage mål af en ny verden.

Det er visionen for Ethan Schaler, en robotmekanikingeniør ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien, hvis Sensing With Independent Micro-Swimmers (SWIM)-koncept for nylig blev tildelt $600.000 i fase II-finansiering fra NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC)-programmet. Finansieringen, som følger hans 2021-tildeling på $125.000 i fase I NIAC-finansiering til at studere gennemførlighed og designmuligheder, vil give ham og hans team mulighed for at lave og teste 3D-printede prototyper i løbet af de næste to år.

En nøgleinnovation er, at Schalers minisvømmere ville være meget mindre end andre koncepter for planetariske havudforskningsrobotter, hvilket gør det muligt for mange at blive læsset kompakt ind i en issonde. De ville øge sondens videnskabelige rækkevidde og kunne øge sandsynligheden for at opdage beviser for liv, mens de vurderede potentielle beboelighed på et fjernt hav-bærende himmellegeme.

"Min idé er, hvor kan vi tage miniaturiseret robotteknologi og anvende dem på interessante nye måder til at udforske vores solsystem?" sagde Schaler. "Med en sværm af små svømmerobotter er vi i stand til at udforske en meget større mængde havvand og forbedre vores målinger ved at have flere robotter, der indsamler data i det samme område."

Endnu ikke en del af nogen NASA-mission, det tidlige SWIM-koncept forestiller sig kileformede robotter, hver omkring 5 tommer (12 centimeter) lang og omkring 3 til 5 kubikcentimeter (60 til 75 kubikcentimeter) i volumen. Omkring fire dusin af dem kunne passe ind i en 4-tommer lang (10 centimeter lang) sektion af en cryobot på 10 tommer (25 centimeter) i diameter, hvilket optager kun omkring 15% af videnskabelig nyttelastvolumen. Det ville give masser af plads til mere kraftfulde, men mindre mobile videnskabelige instrumenter, der kunne indsamle data under den lange rejse gennem isen og levere stationære målinger i havet.

Europa Clipper-missionen, der er planlagt til en lancering i 2024, vil begynde at indsamle detaljeret videnskab under adskillige forbiflyvninger med en stor pakke af instrumenter, når den ankommer til den jovianske måne i 2030. Ser man længere ud i fremtiden, er der kryobot-koncepter til at undersøge sådanne havverdener. udviklet gennem NASA's Scientific Exploration Subsurface Access Mechanism for Europa (SESAME)-program, samt gennem andre NASA-teknologiudviklingsprogrammer.

Bedre sammen

Hvor ambitiøst SWIM-konceptet er, ville dets hensigt være at reducere risikoen og samtidig forbedre videnskaben. Kryobotten ville være forbundet via en kommunikationsforbindelse til den overfladebaserede lander, som igen ville være kontaktpunktet med missionskontrollører på Jorden. Denne forbundne tilgang, sammen med begrænset plads til at inkludere et stort fremdriftssystem, betyder, at cryobot sandsynligvis ikke vil være i stand til at vove sig meget ud over det punkt, hvor is møder havet.

"Hvad nu hvis du efter alle de år, det tog at komme ud i et hav, kommer gennem isskallen på det forkerte sted? Hvad hvis der er tegn på liv derovre, men ikke hvor du kom ind i havet?" sagde SWIM-teamets videnskabsmand Samuel Howell fra JPL, som også arbejder på Europa Clipper. "Ved at tage disse sværme af robotter med os, ville vi være i stand til at se 'over there' for at udforske meget mere af vores miljø, end en enkelt cryobot ville tillade."

Howell sammenlignede konceptet med NASAs Ingenuity Mars Helicopter, den luftbårne følgesvend til agenturets Perseverance-rover på den røde planet. "Helikopteren udvider rækkevidden af ​​roveren, og billederne, den sender tilbage, er kontekst for at hjælpe roveren med at forstå, hvordan man udforsker sit miljø," sagde han. "Hvis du i stedet for en helikopter havde en flok, ville du vide meget mere om dit miljø. Det er ideen bag SWIM."

SWIM ville også gøre det muligt at indsamle data væk fra cryobotens brændende varme atombatteri, som sonden ville stole på for at smelte en nedadgående vej gennem isen. En gang i havet ville den varme fra batteriet skabe en termisk boble, der langsomt smelter isen ovenover og potentielt forårsage reaktioner, der kunne ændre vandets kemi, sagde Schaler.

Derudover kunne SWIM-robotterne "flokkes" sammen i en adfærd inspireret af fisk eller fugle og derved reducere fejl i data gennem deres overlappende målinger. Disse gruppedata kunne også vise gradienter:temperatur eller saltholdighed, f.eks. stigende på tværs af sværmens kollektive sensorer og peger mod kilden til det signal, de registrerer.

"Hvis der er energigradienter eller kemiske gradienter, er det sådan, livet kan begynde at opstå. Vi bliver nødt til at komme opstrøms fra cryoboten for at fornemme dem," sagde Schaler.

Hver robot ville have sit eget fremdriftssystem, indbygget computer og ultralydskommunikationssystem sammen med simple sensorer for temperatur, saltholdighed, surhedsgrad og tryk. Kemiske sensorer til at overvåge for biomarkører - tegn på liv - vil være en del af Schalers fase II-studie. + Udforsk yderligere

NASA udvælger futuristiske rumteknologikoncepter til tidlig undersøgelse