在波弗特海的冰天雪地裡，NASA的JPL工程師測試了機器人原型IceNode，該機器人旨在測量南極洲冰架下的融化率–這是全球海平面預測的關鍵因素。最終目標是部署一支由這些自主機器人組成的艦隊，利用最初為太空探索而設計的創新技術，從世界上最難以接近的地區收集關鍵數據。 這項計畫的成功將徹底改變我們對氣候變遷導致海平面上升的認識。

2022 年，在密西根州上半島附近的蘇必利爾湖冰面下進行實地測試時，一台遙控攝影機拍攝了部署在冰面下的冰節點原型機。 機器人”起落架”的三條細腿將原型機固定在冰面上。 圖片來源：NASA/JPL-Caltech

在阿拉斯加北部波弗特海一片風吹日曬、冰天雪地的偏遠地區，來自南加州美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）的工程師們擠在一起，從厚厚的海冰層上一個狹窄的洞口向下窺視。 在他們的腳下，一個圓柱形機器人在寒冷的海洋中收集測試科學數據，它通過繫繩與將其放入鑽孔的三腳架相連。

這次測試為工程師提供了一個在北極操作機器人原型的機會。 這也是向他們的計畫（名為IceNode）的最終願景邁出的一步：由自主機器人組成的艦隊將在南極冰架下冒險，幫助科學家計算這片冰封大陸的冰流失速度，以及冰融化可能導致全球海平面上升的速度。

3 月，在阿拉斯加北部進行的實地測試中，一個機器人原型被放進冰層中，該機器人是為進入南極冰架與陸地交匯的水下區域而製造的。 JPL 正在開發名為”冰節點”（IceNode）的概念，用於測量融化率，從而提高海平面上升預測的準確性。 資料來源：美國海軍/斯科特-巴恩斯（Scott Barnes）

如果南極洲的冰蓋完全融化，估計全球海平面將上升200 英尺（60 公尺）。 它的命運是海平面上升預測中最大的不確定性之一。 就像氣溫升高會導致地表融化一樣，冰在與下面循環的溫暖海水接觸時也會融化。 為了改進預測海平面上升的電腦模型，科學家需要更準確的融化率，尤其是在冰架–從陸地延伸出來的數英里長的浮冰板–下面。 雖然冰架不會直接導致海平面上升，但它們在冰蓋流向海洋的過程中起著至關重要的作用。

科學家希望測量融化的地方是地球上最難接近的地方。 具體來說，科學家們希望瞄準被稱為”接地帶”的水下區域，即浮冰架、海洋和陸地交匯的地方，並窺探尚未繪製地圖的洞穴深處，那裡的冰可能融化得最快。 對人類來說，上方不斷變化的險惡地形非常危險，而衛星卻無法看到這些有時位於一英里冰層之下的洞穴。 IceNode 就是為了解決這個問題而設計的。

這次實地測試是IceNode 首次在極地環境中進行。 該團隊希望有朝一日能在南極冰架下部署自主機器人艦隊。 圖片來源：美國海軍/史考特-巴恩斯

JPL氣候科學家、冰節點科學負責人 Ian Fenty說：「多年來，我們一直在思考如何克服這些技術和後勤挑戰，我們認為我們已經找到了辦法。我們的目標是直接在冰架下方的冰海融化介面取得資料。

IceNode 公司的工程師利用他們在設計太空探索機器人方面的專業知識，正在開發長約8 英尺（2.4 米）、直徑約10 英寸（25 厘米）的機器人，其三腳”著陸裝置”從一端伸出，將機器人固定在冰層底部。 這些機器人沒有任何推進裝置；相反，它們將在新型軟體的幫助下，利用洋流模型的資訊自主定位。

JPL 的”冰節點”（IceNode）計畫是為地球上最難以接近的地點之一而設計的：南極冰架深處的水下洞穴。 其目標是直接在冰融化速度最快的冰海交界處取得融化速率資料。 資料來源：NASA/JPL-加州理工學院運作策略與資料收集

機器人從鑽孔或公海上的船隻中釋放出來後，將沿著冰架下的水流長途跋涉。 到達目標後，機器人將各自放下壓艙物，然後上升，貼在冰層底部。 它們的感測器將測量溫暖、含鹽的海水上升融化冰層的速度，以及較冷、較新鮮的融水下沉的速度。

一系列冰節點設施將運作長達一年，持續捕捉數據，包括季節性波動。 然後，機器人將脫離冰層，漂回公海，並透過衛星傳輸資料。

JPL 機器人工程師兼IceNode 首席研究員 Paul Glick）說：「這些機器人是一個平台，可以將科學儀器帶到地球上最難到達的地方。它的目的是以安全、相對低廉的成本解決一個難題。

雖然IceNode 還需要進行更多的開發和測試，但迄今為止的工作還是很有希望的。 繼先前在加州蒙特雷灣和蘇必利爾湖冬季冰凍水面下進行部署後，2024 年3 月的波弗特海之行提供了首次極地測試。 華氏零下50度（零下45度）的氣溫對人類和機器人硬體都提出了挑戰。

這次測試是透過美國海軍北極潛艦實驗室兩年一度的冰雪營進行的，冰雪營為期三週，為研究人員提供一個臨時大本營，以便在北極環境中進行實地考察。

當原型機下降到大約330 英尺（100 公尺）深的海洋中時，其儀器收集了鹽度、溫度和流量資料。 研究小組也進行了測試，以確定未來將機器人帶離繫繩所需的調整。

「我們對所取得的進展感到滿意。我們希望繼續開發原型，將它們運回北極進行未來的海冰下測試，最終看到整個艦​​隊部署在南極冰架下，」格里克說。 ” 這是科學家需要的寶貴數據。任何能讓我們更接近實現這一目標的事情都是令人興奮的。”

“冰節點”由JPL 的內部研究與技術開發計劃及其地球科學與技術局提供資金。 JPL 由位於加州帕薩迪納的加州理工學院為美國國家航空暨太空總署管理。

編譯自/ SciTechDaily