NASA噴氣推進實驗室(JPL)正在開發一個有趣的概念，這將使潛在的行星任務能在地表下的海洋中追逐有趣的線索。有一天，一群只有手機大小的微型機器人可以在木星的衛星Europa或土星的衛星Enceladus數英里厚的冰殼下拂過水麵並尋找外來生命的證據。
這些小機器人被裝在一個狹窄的融冰探測器內，通過隧道穿過冰凍的地殼，它們將被釋放到水下並遠離它們的母船去探索一個迷人的新世界。
這是JPL的一位機器人機械工程師Ethan Schaler的願景，他的“獨立微型游泳器傳感(SWIM)”概念最近從NASA創新先進概念(NIAC)計劃中獲得了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計方案之後獲得的，這將使他及其團隊在未來兩年內能夠生產和測試3D打印的原型。
一個關鍵的創新是，Schaler的迷你游泳器將比其他行星海洋探測機器人的概念小得多，它可以將許多游泳器緊湊地裝入一個冰探測器。它們將增加探測器的科學覆蓋面並可以在評估一個遙遠的含海洋天體的潛在可居住性時增加探測到生命跡象的可能性。
“我的想法是，我們可以把小型化的機器人技術應用到哪裡並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器人，我們能探索更大體積的海水並通過讓多個機器人在同一區域收集數據來改進我們的測量。”
目前還不是NASA任何任務的一部分，早期階段的SWIM概念設想了楔形機器人，每個約5英寸（12厘米）長，體積約3至5立方英寸（60至75立方厘米）。約四打機器人可以裝在直徑為10英寸（25厘米）的低溫機器人的4英寸長（10厘米長）的部分，它們只佔科學有效載荷體積的15%左右。這將為更強大但移動性較差的科學儀器留下足夠的空間，而這些儀器可以在穿越冰層的漫長旅程中收集數據並在海洋中提供固定的測量。
計劃於2024年發射的歐羅巴快艇任務將在2030年到達Jovian時開始用一套大型儀器在多次飛越中收集詳細的科學數據。展望未來，正在通過NASA的歐羅巴科學探索次表層訪問機制(SESAME)計劃及NASA的其他技術發展計劃來開發調查此類海洋世界的低溫機器人概念。
更好的合作
儘管SWIM概念雄心勃勃，但其目的是在加強科學的同時減少風險。低溫機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控制人員的聯繫點。這種方法再加上包括大型推進系統在內的有限空間意味着低溫機器人很可能無法冒險超越冰跟海洋的交匯點。
“如果在花了那麼多年時間進入海洋后，你在錯誤的地方穿過冰殼怎麼辦？如果那裡有生命的跡象，但不是你進入海洋的地方呢？”來自JPL的SWIM團隊科學家Samuel Howell說道，“通過帶着這些機器人群，我們將能夠查看‘那邊’以探索比單個低溫機器人所允許的更多環境。”，據悉，Howell也在為歐羅巴快船任務工作。
Howell將這一概念跟NASA的 “機智號火星直升機”相比較，後者是該機構在紅色星球上的“毅力號”探測器的空中夥伴。他說道：“直升機擴大了火星車的範圍，它發回的圖像是幫助火星車了解如何探索其環境的背景。如果你不是擁有一架直升機而是有一群，你就會對你的環境了解得更多。這就是SWIM背後的想法。”
另外，SWIM還將允許在遠離低溫機器人的熾熱核電池的地方收集數據，該探測器將依靠核電池來融化冰層的下行路徑。Schaler指出，一旦進入海洋，來自電池的熱量將會產生一個熱泡，然後慢慢融化上面的冰並可能引起可能改變水的化學成分的反應。
此外，SWIM機器人可以在魚類或鳥類的啟發下“成群結隊”地行動，這樣可以通過它們的重疊測量來減少數據的誤差。這組數據還可以顯示出梯度：入溫度或鹽度在機器人群的集體傳感器中增加並指向它們所檢測到的信號源。
“如果有能量梯度或化學梯度，這就是生命開始出現的方式。我們將需要從低溫機器人的上游來感知這些，”Schaler說道。
每個機器人將有自己的推進系統、機載計算機和超聲波通信系統及簡單的溫度、鹽度、酸度和壓力傳感器。監測生物標誌物–生命跡象–的化學傳感器將是Schaler第二階段研究的一部分。