Projekt SWIM – roboty do poszukiwania życia w oceanach we Wszechświecie

Sonda kosmiczna Europa Clipper dotrze do Europy, księżyca Jowisza, w 2030 roku i będzie poszukiwać oznak życia w oceanie pod jego lodową skorupą. NASA w ramach projektu SWIM, już przygotowuje roboty, które będą zdolne pływać w tak ekstremalnym środowisku, jak wody na innych ciałach niebieskich.

Statek kosmiczny, został wystrzelony 14 października i przewozi najbardziej zaawansowany sprzęt naukowy, jaki NASA kiedykolwiek wysłała do zewnętrznego Układu Słonecznego, jednak inżynierowie na tym nie poprzestają i już opracowują kolejną generację koncepcji robotów, które potencjalnie mogłyby zanurzyć się w głębinach wód Europy i innych oceanicznych światów w Układzie Słonecznym, jak i poza nim.

Koncepcja misji eksploracji obcych oceanów, została nazwana SWIM (Sensing With Independent Micro-swimmers), projekt zakłada opracowanie roju kilkudziesięciu samobieżnych, pływających robotów wielkości telefonu komórkowego, które — po dostarczeniu do podpowierzchniowego oceanu przez topiącego lód „kriobota” — pływałyby w poszukiwaniu sygnałów chemicznych i temperaturowych, które mogłyby wskazywać na ślady życia.

„Ludzie mogą pytać, dlaczego NASA rozwija podwodnego robota do eksploracji kosmosu? Ponieważ są miejsca, do których chcemy się udać w Układzie Słonecznym, aby szukać życia, a uważamy, że potrzebuje ono wody. Opracowujemy więc robotów, które mogą eksplorować te środowiska — autonomicznie, setki milionów kilometrów od domu” — powiedział Ethan Schaler z Jet Propulsion Laboratory NASA.

Seria prototypów koncepcyjnych SWIM opracowywanych w należącym do NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), zmierzyła się z wodami 23-metrowego basenu pływackiego w California Institute of Technology (Caltech) w Pasadenie w celu przeprowadzenia testów.

Najnowsza wersja projektu SWIM składa się z plastikowego prototypu wydrukowanego w technologii 3D, który opiera się na niedrogich, produkowanych komercyjnie silnikach i elektronice. Robot napędzany dwoma śmigłami i z czterema klapami do sterowania, zademonstrował kontrolowane manewry, zdolność do utrzymywania i korygowania kursu oraz ruch do przodu i do tyłu. Wszystko to robił autonomicznie, bez bezpośredniej interwencji inżynierów.

W przypadku, gdyby robot potrzebował ratunku, był przywiązany do żyłki wędkarskiej, a naukowiec z wędką krążył po basenie podczas każdego testu. Zespół ukończył ponad 20 rund testowania różnych prototypów w basenie i dwóch zbiornikach w JPL.

„To niesamowite zbudować robota od podstaw i zobaczyć, jak działa w odpowiednim środowisku. Podwodne roboty są bardzo trudne do zbudowania, a to jest dopiero pierwszy z serii projektów, nad którymi musielibyśmy pracować, aby przygotować się do badania obcych oceanicznych światów. Ale jest to dowód, że możemy zbudować takie urządzenia i zacząć rozumieć wyzwania, z którymi będziemy się mierzyć podczas misji pod powierzchnią innych ciał niebieskich” – podkreśla Schaler.

Prototyp w kształcie klina, używany w większości testów basenowych miał około 42 centymetrów długości i ważył 2,3 kilograma. Koncepcja przygotowana do lotu kosmicznego miałaby wymiary o około jedną trzecią mniejsze — niewielkie w porównaniu do istniejących zdalnie sterowanych i autonomicznych podwodnych pojazdów naukowych. Roboty wielkości dłoni miałyby zminiaturyzowane, specjalnie zbudowane części i używaliby nowatorskiego bezprzewodowego podwodnego systemu komunikacji akustycznej do przesyłania danych i triangulacji swoich pozycji.

Cyfrowe wersje tych małych robotów przeszły również własne testy w symulacjach komputerowych. W środowisku o tym samym ciśnieniu i grawitacji, jakie prawdopodobnie napotkałyby na Europie, wirtualny rój 12-centymetrowych urządzeń wielokrotnie szukał potencjalnych oznak życia. Symulacje pomogły określić granice zdolności robotów do gromadzenia danych naukowych w nieznanym środowisku i doprowadziły do ​​opracowania algorytmów, które umożliwiłyby rojowi bardziej wydajną eksplorację.

Symulacje pomogły również naukowcom lepiej zrozumieć, w jaki sposób maksymalizować wydajność, biorąc pod uwagę kompromisy między czasem pracy baterii (do dwóch godzin), objętością wody, którą mogłyby eksplorować drony, około 86 tysięcy metrów sześciennych oraz liczbą robotów w pojedynczym roju (dwanaście wysyłanych w czterech do pięciu falach).

Badacze również skonstruowali i przetestował czujnik składu oceanu, który umożliwiłby każdemu robotowi jednoczesne mierzenie temperatury, ciśnienia, kwasowości lub zasadowości, przewodności i składu chemicznego. Mając zaledwie kilka milimetrów kwadratowych, opracowany układ scalony był pierwszym, który łączy wszystkie te czujniki w jednym małym pakiecie.

Jednak tak zaawansowana koncepcja wymaga jeszcze kilku kolejnych lat pracy, między innymi, aby przygotować możliwą przyszłą misję lotu na lodowaty księżyc. Inżynierowie w tym czasie planują dalej rozwijać projekt SWIM, aby nie tylko badał oceany we Wszechświecie, ale również te na Ziemi, na przykład pod lodowymi czapami biegunów.

Emil Gołoś