우주 깊은 곳, 태양계와 그 너머에는 매우 다양한 세계가 존재합니다. 목성보다 더 큰 가스 거대 행성이 있고, 1년이 며칠 밖에 지나지 않을 정도로 별에 너무 가깝게 공전하는 극도로 뜨거운 행성이 있습니다. 흥미로운 신비를 간직한 바다 세계와 많은 달과 몸체가 있습니다.
따라서 기관들은 오늘날 가장 일반적으로 사용되는 궤도 우주선이나 표면 탐사선을 넘어서 이러한 장소를 탐색하는 방법을 개발하고 있습니다. 생명을 촉진하는 액체 물의 중요성을 고려할 때, 생명의 잠재적 징후를 찾기 위해 탐험하는 데 특히 흥미로운 세계 중 하나는 부분적으로 또는 완전히 바다로 덮여 있는 물 세계입니다.
하지만 바다 세계를 어떻게 탐험하나요? 궤도에서 바라보고 그런 식으로 일부 데이터를 수집할 수 있습니다. 이것이 유럽 우주국의 JUICE 임무가 목성의 얼음 달을 연구할 계획인 방식이며, NASA의 유로파 클리퍼 임무가 특히 그러한 달 중 하나를 연구하는 방식입니다. 둘 다 2030년대에 목성계에 도착할 예정이며 두꺼운 얼음 껍질 아래 광대한 바다가 숨겨져 있는 이 이상한 세계에 대한 새로운 지식을 가져오는 데 도움이 될 것입니다.
하지만 더 심층적인 정보를 얻으려면 말 그대로 더 깊이 들어가야 합니다. 해양 세계에 대한 로봇 연구의 다음 단계는 수중 탐험가의 개발입니다. 이것이 NASA와 다른 우주 기관이 현재 진행 중인 작업입니다.
왜 물속에 들어가나요?
NASA는 SWIM(Sensing With Independent Micro-swimmers)이라는 임무 개념을 연구하고 있습니다. 아이디어는 넓은 지역을 탐험하기 위해 함께 일할 수 있는 수중 로봇 전체를 개발하는 것입니다. 각 로봇은 휴대전화 크기만큼 작으며 정보를 찾기 위해 물 속에서 스스로 추진할 수 있습니다.
그리고 많은 물 세계에 존재하는 얼음 표면의 경우 SWIM에는 얼음 표면에 착륙하여 얼음에 구멍을 뚫은 다음 더 작은 떼 로봇을 전달하는 더 큰 얼음 녹는 로봇이 포함됩니다.
“사람들은 NASA가 왜 우주 탐사를 위해 수중 로봇을 개발하는지 물을 수 있습니다. 태양계에는 생명체를 찾기 위해 가고 싶은 곳이 있고 생명체에는 물이 필요하다고 생각하기 때문입니다. 그래서 우리에게는 그러한 환경을 탐색할 수 있는 로봇이 필요합니다. — 집에서 수억 마일 떨어진 곳까지 자율적으로 이동합니다.”라고 NASA 제트 추진 연구소의 SWIM 수석 연구원인 Ethan Schaler는 설명했습니다.
로봇은 프로토타입이 이미 지구상의 수중 조건에서 테스트될 만큼 충분히 개발되었습니다. NASA의 비디오는 3D 프린팅 및 상업용 부품을 사용하여 제작된 프로토타입이 Caltech University의 25야드 수영장에서 테스트되는 모습을 보여줍니다. 로봇은 자율적이어서 필요에 따라 방향을 지정하고 움직일 수 있으며 초기 결과는 유망합니다.
자율적으로 일하기
로봇의 현재 디자인은 비싸지 않아 실험하기 쉬운 기성 부품을 사용하여 상대적으로 간단합니다. 로봇에는 물 속에서 로봇을 조종하는 두 개의 프로펠러와 올바른 방향으로 안내하는 데 도움이 되는 네 개의 플랩이 있습니다.
개발의 대부분은 로봇이 자율적으로 탐색할 수 있도록 하는 소프트웨어에 중점을 두고 있습니다. 화성의 Perseverance 탐사선과 같은 현재 사례는 자율 주행으로 작동하는 반면, 화성 헬리콥터 Ingenuity는 자율 비행을 활용했습니다. 이는 탐험가들이 직면하게 될 장애물이 무엇인지 인간이 볼 수 없을 뿐만 아니라 지구와 먼 세계 사이의 통신 지연 때문에 중요합니다. 실시간 운전은 불가능하므로 로봇이 스스로 조종할 수 있어야 합니다.
SWIM 로봇의 경우 테스트된 프로토타입은 할당된 경로를 유지하고 필요에 따라 수정하고 미리 설정된 탐색 패턴을 모두 자율적으로 수행할 수 있었습니다. 그러나 문제가 발생할 경우 로봇이 어려움에 처할 경우를 대비해 낚시 그물을 들고 있는 엔지니어가 있었습니다.
Schaler는 “로봇을 처음부터 제작하고 관련 환경에서 성공적으로 작동하는 것을 보는 것은 정말 멋진 일입니다.”라고 말했습니다. “일반적으로 수중 로봇은 매우 어렵습니다. 이는 바다 세계로의 여행을 준비하기 위해 수행해야 하는 일련의 설계 중 첫 번째에 불과합니다. 그러나 이는 필요한 기능을 갖춘 로봇을 만들 수 있다는 증거입니다. 지하 임무에서 어떤 어려움에 직면하게 될지 이해하기 시작합니다.”
미래를 위한 컨셉 개발
프로토타입 로봇은 임무를 위해 계획된 것보다 약 3배 크기 때문에 더 컴팩트하게 만들기 위해 해야 할 일이 많습니다. 또한 우주로 보내는 모든 것, 특히 지구 궤도를 벗어나 수리가 불가능한 탐험가의 경우 우주용 부품을 사용하여 제작해야 합니다. 이는 우주선이 일반적으로 상업적으로 이용 가능한 어떤 것보다 내구성이 뛰어난 특수 제작된 구성 요소를 사용하여 조립된다는 것을 의미합니다. 하드웨어의 일부에 오류가 발생하는 경우 중복으로 작동하려면 많은 백업이 필요합니다.
로봇이 수중에서 어떻게 통신할 것인지에 대한 문제도 있습니다. 계획은 무선 수중 음향 통신 시스템을 사용하여 각 로봇이 동료 떼 구성원에게 데이터를 보내고 위치를 파악할 수 있도록 하는 것입니다. 떼가 응집력 있게 행동할 수 있도록 하는 소프트웨어도 개발 중이며, 효율적인 탐색을 위한 알고리즘을 완성하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션이 사용됩니다.
물론 이 모든 탐색 과정에서 과학적 데이터를 수집해야 하므로 애틀랜타에 있는 Georgia Tech의 엔지니어들은 온도, 압력, 화학적 구성 등과 같은 요소를 감지할 수 있는 단일 센서를 연구하고 있습니다. 다른 세계의 해양 환경. SWIM 개념은 현재 NASA의 NIAC(Innovative Advanced Concepts) 프로그램의 일환으로 개발 중입니다.
