NASA、衛星エウロパの海洋探査に向け水中ドローン「SWIM」をテスト

NASAのエウロパクリッパーが2030年に目的地に到着すると、宇宙船は49回のフライバイで一連の強力な科学機器を木星の衛星エウロパに向け、この衛星の氷の地殻の下の海が生命を維持できる兆候を探す準備をする。

10月14日に打ち上げられたこの宇宙船は、NASAが太陽系外に送った科学機器の中で最も先進的なものであるが、チームはすでに、エウロパやその他の海洋惑星の水深に潜り込み、科学をさらに前進させる可能性のある次世代のドローンコンセプトを開発している。

宇宙の海洋探査ミッションのコンセプト、「Sensing With Independent Micro-swimmers（独立した微小スイマーによる感知）」の略称で呼ばれるSWIMプロジェクトは、携帯電話サイズの自走式水泳ロボット数十体の群れを想定しており、氷を溶かすクライオボットによって海面下まで運ばれると、飛び立ち、生命の存在を示す可能性のある化学物質や温度の信号を探しだす。

南カリフォルニアにあるNASAジェット推進研究所のSWIM主任研究員イーサン・シェーラー氏は、次のようにコメントする。

水泳練習

SWIMチームの最新版は、低コストの市販モーターと電子機器を採用した3Dプリントのプラスチックプロトタイプだ。2つのプロペラと4つのフラップで操縦するこのプロトタイプは、制御された操縦、進路の維持と修正、前後に動く「芝刈り機」のような探索パターンを実証した。このすべてを、チームの直接介入なしに自律的に管理した。ロボットは「JPL」とさえ綴ったという。

万が一、ドローンが救助を必要とする場合に備えて、ドローンには釣り糸が付けられ、各テスト中は釣り竿を持ったエンジニアがプールの脇を小走りに歩き回った。近くでは、同僚がノートパソコンでドローンの動作とセンサーデータをチェックしていた。チームは、プールとJPLの2つのタンクで、さまざまなプロトタイプのテストを20回以上行った。

スウォームサイエンス

プールテストのほとんどで使用されたくさび形のプロトタイプは、長さ約42cm、重さ2.3kgになる。宇宙飛行用に考え出された水中ドローンは、既存の遠隔操作型および自律型水中科学探査機に比べると3分の1ほどの小型サイズだ。

手のひらサイズのスイマーは、小型化された専用部品を備え、データの送信と位置の三角測量に新しいワイヤレス水中音響通信システムを採用した。

これらの小型水中ドローンのデジタル版は、プールではなくコンピューターシミュレーションで独自のテストを受けた。エウロパで遭遇するであろう圧力と重力と同じ環境で、長さ12cmの仮想ロボットの群れが、生命の兆候の可能性を繰り返し探し回った。

コンピューターシミュレーションは、未知の環境で科学データを収集するロボットの能力の限界を判断するのに役立ち、群れがより効率的に探索できるようにするアルゴリズムの開発につながったという。

また、シミュレーションにより、チームは、バッテリー寿命（最大2時間）、スイマーが探索できる水の量（約300万立方フィート、つまり86,000立方メートル）、および1つの群れに含まれるロボットの数（4～5波に分けて12台ずつ送り込まれる）の間のトレードオフを考慮しながら、科学的成果を最大化する方法をより深く理解することができた。

さらに、アトランタのジョージア工科大学の協力チームは、各ロボットが同時に温度、圧力、酸性度またはアルカリ度、伝導率、化学組成を測定できる海洋組成センサーを製作し、テストした。わずか数ミリ四方のこのチップは、これらすべてのセンサーを1つの小さなパッケージに統合した初めてのチップだ。

もちろん、このような高度なコンセプトには、将来起こりうる氷の衛星への飛行ミッションに備えるために、さらに数年にわたる作業が必要になる。その間、シェーラー氏は、海洋学研究を支援したり、極地の氷の下で重要な測定を行ったりするなど、米国内で科学研究を行うために 水中ドローンSWIMがさらに開発される可能性がある。

水中ドローン「SWIM」について

CaltechはNASAのJPLを管理している。JPLのSWIMプロジェクトは、NASAの宇宙技術ミッション局の下にある NASAの革新的先進コンセプト（NIAC）プログラムのフェーズIとIIの資金によってサポートされた。

このプログラムは、将来のNASAミッションを変革する可能性のある技術を評価する初期段階の研究に資金を提供し、宇宙探査と航空宇宙に関する先見性のあるアイデアを育みます。米国政府、産業界、学界の研究者が提案を提出できます。

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