NASA喷气推进实验室(JPL)正在开发一个有趣的概念，这将使潜在的行星任务能在地表下的海洋中追逐有趣的线索。有一天，一群只有手机大小的微型机器人可以在木星的卫星Europa或土星的卫星Enceladus数英里厚的冰壳下拂过水面并寻找外来生命的证据。
这些小机器人被装在一个狭窄的融冰探测器内，通过隧道穿过冰冻的地壳，它们将被释放到水下并远离它们的母船去探索一个迷人的新世界。
这是JPL的一位机器人机械工程师Ethan Schaler的愿景，他的“独立微型游泳器传感(SWIM)”概念最近从NASA创新先进概念(NIAC)计划中获得了60万美元的第二阶段资金。这笔资金是在他2021年获得12.5万美元的第一阶段NIAC资金以研究可行性和设计方案之后获得的，这将使他及其团队在未来两年内能够生产和测试3D打印的原型。
一个关键的创新是，Schaler的迷你游泳器将比其他行星海洋探测机器人的概念小得多，它可以将许多游泳器紧凑地装入一个冰探测器。它们将增加探测器的科学覆盖面并可以在评估一个遥远的含海洋天体的潜在可居住性时增加探测到生命迹象的可能性。
“我的想法是，我们可以把小型化的机器人技术应用到哪里并以有趣的新方式探索我们的太阳系?”Schaler说道，“通过一群小型游泳机器人，我们能探索更大体积的海水并通过让多个机器人在同一区域收集数据来改进我们的测量。”
目前还不是NASA任何任务的一部分，早期阶段的SWIM概念设想了楔形机器人，每个约5英寸(12厘米)长，体积约3至5立方英寸(60至75立方厘米)。约四打机器人可以装在直径为10英寸(25厘米)的低温机器人的4英寸长(10厘米长)的部分，它们只占科学有效载荷体积的15%左右。这将为更强大但移动性较差的科学仪器留下足够的空间，而这些仪器可以在穿越冰层的漫长旅程中收集数据并在海洋中提供固定的测量。
计划于2024年发射的欧罗巴快艇任务将在2030年到达Jovian时开始用一套大型仪器在多次飞越中收集详细的科学数据。展望未来，正在通过NASA的欧罗巴科学探索次表层访问机制(SESAME)计划及NASA的其他技术发展计划来开发调查此类海洋世界的低温机器人概念。
更好的合作
尽管SWIM概念雄心勃勃，但其目的是在加强科学的同时减少风险。低温机器人将通过一条通信链跟地面登陆器相连，而地面登陆器又是与地球上的任务控制人员的联系点。这种方法再加上包括大型推进系统在内的有限空间意味着低温机器人很可能无法冒险超越冰跟海洋的交汇点。
“如果在花了那么多年时间进入海洋后，你在错误的地方穿过冰壳怎么办?如果那里有生命的迹象，但不是你进入海洋的地方呢?”来自JPL的SWIM团队科学家Samuel Howell说道，“通过带着这些机器人群，我们将能够查看‘那边’以探索比单个低温机器人所允许的更多环境。”，据悉，Howell也在为欧罗巴快船任务工作。
Howell将这一概念跟NASA的 “机智号火星直升机”相比较，后者是该机构在红色星球上的“毅力号”探测器的空中伙伴。他说道：“直升机扩大了火星车的范围，它发回的图像是帮助火星车了解如何探索其环境的背景。如果你不是拥有一架直升机而是有一群，你就会对你的环境了解得更多。这就是SWIM背后的想法。”
另外，SWIM还将允许在远离低温机器人的炽热核电池的地方收集数据，该探测器将依靠核电池来融化冰层的下行路径。Schaler指出，一旦进入海洋，来自电池的热量将会产生一个热泡，然后慢慢融化上面的冰并可能引起可能改变水的化学成分的反应。
此外，SWIM机器人可以在鱼类或鸟类的启发下“成群结队”地行动，这样可以通过它们的重叠测量来减少数据的误差。这组数据还可以显示出梯度：入温度或盐度在机器人群的集体传感器中增加并指向它们所检测到的信号源。
“如果有能量梯度或化学梯度，这就是生命开始出现的方式。我们将需要从低温机器人的上游来感知这些，”Schaler说道。
每个机器人将有自己的推进系统、机载计算机和超声波通信系统及简单的温度、盐度、酸度和压力传感器。监测生物标志物--生命迹象--的化学传感器将是Schaler第二阶段研究的一部分。
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