在2022年的现场测试中，远程摄像机捕捉到了部署在密歇根州上半岛苏必利尔湖冰冻表面下的IceNode原型。机器人「起落架」的三条细腿将原型机固定在冰冷的天花板上。来源:美国国家航空航天局/姓名
在冰冷的波弗特海，美国宇航局喷气推进实验室的工程师们测试了IceNode，这是一个原型机器人，旨在测量南极洲冰架下的融化速度——这是全球海平面预测的关键因素。
最终目标是部署一支由这些自主机器人组成的舰队，利用最初为太空探索而设计的创新技术，从世界上最难以到达的地区获取关键数据。这项计划的成功可能会彻底改变我们对气候变化导致的海平面上升的理解。
在阿拉斯加北部被风吹拂的波弗特海(Beaufort Sea)的一个偏远地区，来自美国宇航局(NASA)南加州喷气推进实验室(JPL)的工程师们挤在一起，凝视着厚厚的海冰中的一个狭窄洞。在他们下面，一个圆柱形的机器人在寒冷的海洋中收集测试科学数据，它通过一根绳子连接到将其送入钻孔的三脚架上。
这次测试让工程师们有机会在北极操作他们的原型机器人。这也是他们名为IceNode的项目的最终愿景的一步:一个自主机器人车队将在南极冰架下冒险，帮助科学家计算冰冻的大陆失去冰的速度，以及融化会导致全球海平面上升的速度。
温暖的海水，危险的地形
如果完全融化，南极洲的冰盖将使全球海平面上升约200英尺(60米)。它的命运代表了海平面上升预测中最大的不确定性之一。就像变暖的空气温度导致表面融化一样，当冰接触到下面循环的温暖海水时也会融化。为了改进预测海平面上升的计算机模型，科学家们需要更精确的融化速度，特别是在冰架下面——从陆地延伸出来的几英里长的浮冰板。虽然它们不会直接增加海平面上升，但冰架至关重要地减缓了冰盖流向海洋的速度。
挑战:科学家们想要测量融化的地方是地球上最难以到达的地方。具体来说，科学家们想要瞄准被称为「接地区」的水下区域，即漂浮的冰架、海洋和陆地交汇的地方，并深入观察尚未绘制的洞穴，那里的冰可能融化得最快。上面变幻莫测的地貌对人类来说是危险的，卫星无法看到这些洞穴，它们有时在一英里厚的冰下。IceNode就是为了解决这个问题而设计的。
「多年来，我们一直在思考如何克服这些技术和后勤方面的挑战，我们认为我们已经找到了一种方法，」喷气推进实验室的气候科学家、IceNode的科学负责人伊恩·芬蒂(Ian Fenty)说。「我们的目标是直接从冰架下面的冰-海融化界面获取数据。」
创新机器人设计
利用他们在设计太空探索机器人方面的专业知识，IceNode的工程师们正在开发长约8英尺(2.4米)、直径约10英寸(25厘米)的飞行器，它有三条腿的「起落架」，从一端弹起，将机器人固定在冰层的底部。这些机器人没有任何形式的推进;相反，它们将在利用洋流模型信息的新型软件的帮助下自主定位。
业务策略和数据收集
这些机器人从钻孔或公海上的船只上释放出来，将借助这些水流在冰架下进行长途旅行。到达目标后，每个机器人都会放下压舱物，把自己固定在冰的底部。他们的传感器将测量温暖的、含盐的海水向上循环融化冰的速度，以及寒冷的、新鲜的融水下沉的速度。
IceNode船队将运行长达一年，持续捕获数据，包括季节性波动。然后，机器人将自己从冰面上分离出来，漂回开阔的海洋，并通过卫星传输数据。
「这些机器人是一个平台，可以把科学仪器带到地球上最难到达的地方，」喷气推进实验室的机器人工程师、IceNode的首席研究员保罗·格利克(Paul Glick)说。「这是一种安全、相对低成本的解决难题的方法。」
北极野外试验
虽然IceNode还需要进一步的开发和测试，但到目前为止，这项工作是有希望的。在之前在加州蒙特利湾和苏必利尔湖冰冻的冬季表面下部署之后，2024年3月的波弗特海之旅提供了第一次极地测试。零下50华氏度(零下45摄氏度)的气温对人类和机器人的硬件都构成了挑战。
这项测试是通过美国海军北极潜艇实验室两年一次的冰营进行的，这是一个为期三周的行动，为研究人员提供了一个临时大本营，在北极环境中进行实地调查。
当原型机下降到大约330英尺(100米)深的海洋中时，它的仪器收集了盐度、温度和流量数据。该团队还进行了测试，以确定未来将机器人从系绳上取下所需的调整。
「我们对这一进展感到高兴。我们希望继续开发原型，让它们回到北极，在海冰下进行未来的测试，最终看到整个船队部署在南极冰架下，」格利克说。「这是科学家需要的宝贵数据。任何让我们更接近这个目标的事情都是令人兴奋的。」
