SWIM: NASA arbeitet an Tauchrobotern für unterirdische Ozeane auf Eismonden
Die Suche nach Leben auf Eismonden, wie etwa auf Europa des Jupiters, sollen Tauchroboter übernehmen. Das JPL der NASA arbeitet bereits daran.
Ein Prototyp eines Tauchroboters bei Tests des JPL in einem Schwimmbecken.
(Bild: NASA/JPL-Caltech)
Ingenieure des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-Weltraumagentur NASA denken weit voraus: Sie entwickeln gerade Tauchroboter für das Missionskonzept SWIM (Sensing With Independent Micro-swimmer). Kleine Tauchroboter sollen dabei auf Eismonden in unterirdischen Ozeanen nach Lebenszeichen suchen.
Noch ist die NASA-Raumsonde Europa Clipper, die im Oktober zur Untersuchung des Jupitermondes Europa aufgebrochen ist, nicht an ihrem Ziel angekommen. Bis 2030 wird es dauern, bis sie erste Daten liefert. Die NASA hat jedoch schon weitreichendere Pläne und beabsichtigt in der Zukunft den Eismond Europa auch physisch zu erkunden. Dazu sollen Roboter in die unterirdischen Ozeane von Europa eintauchen und herausfinden, ob im Wasser Leben zu finden lässt.
Auf der Suche nach Leben
Erste Ansätze dazu liefert das SWIM-Projekt des JPL. Es sieht vor, dass ein Trägerroboter dutzende Tauchroboter in der Größe eines Mobiltelefons in den unterirdischen Ozeanen absetzt. Sie sollen dann losschwimmen und nach chemischen Informationen und Temperatursignalen suchen, die auf Leben hindeuten.
"Man könnte sich fragen, warum die NASA einen Unterwasserroboter für die Erforschung des Weltraums entwickelt. Weil es Orte im Sonnensystem gibt, an denen wir nach Leben suchen wollen, und wir glauben, dass Leben Wasser braucht. Wir brauchen also Roboter, die diese Umgebungen erforschen können – autonom, Hunderte Millionen Meilen von zu Hause entfernt", erläutert Ethan Schaler, leitender Forscher des JPL bei SWIM.
Entwicklung verschiedener Prototypen
Das JPL hat dazu mehrere Prototypen in einem Schwimmbecken getestet. Das geschieht zunächst nicht mit Hightech. Die Hauptbestandteile des Unterwasserroboters kommen aus dem 3D-Drucker. In ihm arbeiten zwei preiswerte Elektromotoren und Elektronik von der Stange. Angetrieben wird der Prototyp von zwei Propellern. Vier Klappen sorgen für die Richtungssteuerung. Das gelingt auch autonom. So kann der Unterwasserroboter bereits selbstständig seinen Kurs halten und bestimmte Bewegungsmuster zur Erkundung abfahren. Der Prototyp hängt dabei an einer Angel, um ihn retten zu können, sollten etwaige Probleme auftreten. Eine Rettungsschnur, um ihn aus dem Wasser herausziehen zu können, gibt es auch. Bei den Versuchen kontrollierten die Ingenieure die Sensordaten in Echtzeit auf einem Notebook. Mehrere unterschiedliche Roboter mussten diese Schwimmtests im Schwimmbad und in zwei Tanks absolvieren.
Der für die Tests verwendete Prototyp ist keilförmig, etwa 42 cm lang und wiegt 2,3 kg. Für den Weltraum wird er noch miniaturisiert und um den Faktor drei geschrumpft. Damit die Roboter auch unter Wasser kommunizieren können, entwickelt das JPL ein spezielles Kommunikationssystem, das eine Datenübertragung sowie eine Triangulation der Position der Roboter zulässt.
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Die passende Sensorik hat das Team bereits gefunden. Ingenieure der Georgia Tech haben einen Sensor entwickelt, der Druck, Säure- und Alkaligehalt sowie die Leitfähigkeit und die chemische Zusammensetzung von Wasser messen kann. Der Sensor ist lediglich wenige Millimeter groß.
Probeschwimmen in Simulationen
Um schon mal zu testen, wie sich die Unterwasserroboter in einer realen Umgebung verhalten, wurden sie in einer Simulation ausprobiert. Dabei wurden die Bedingungen mit angenommenem Druck und Schwerkraft des Eismondes Europa digital nachgeahmt. Ein Schwarm mit 12 cm langen Robotern sollte dabei nach Leben suchen. Die JPL-Forscher konnten dabei wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung autonomer Algorithmen für die selbstständige Erkundung sammeln.
Auch konnten die Wissenschaftler Erkenntnisse sammeln, wie und wie viele Unterwasserroboter abgesetzt werden müssen, um eine optimale Effizienz zu erzielen. Nach derzeitigen Untersuchungen sind das etwa ein Dutzend Roboter, die in vier bis fünf Wellen ausgesetzt werden und jeweils ein Volumen von 86.000 cm³ erkunden können. Denn die Batterien der Roboter halten derzeit nur maximal zwei Stunden durch.
Da die Forschungsarbeiten noch einige Zeit benötigen, wollen die Wissenschaftler des JPL ihre SWIM-Tauchroboter auf der Erde in Ozeanen einsetzen, um die Meeresforschung auch unter dem Polareis voranzubringen.
(olb)