Desenvolvendo robôs subaquáticos para se aventurar nas profundezas do gelo polar

Em um pedaço remoto do ventoso e congelado Mar de Beaufort ao norte do Alasca, engenheiros do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia se amontoaram, espiando por um buraco estreito em uma espessa camada de gelo marinho. Abaixo deles, um robô cilíndrico coletava dados científicos de teste no oceano gelado, conectado por uma corda ao tripé que o havia baixado através do furo.

Este teste deu aos engenheiros a chance de operar seu protótipo de robô no Ártico. Foi também um passo em direção à visão final para seu projeto, chamado IceNode: uma frota de robôs autônomos que se aventurariam sob as plataformas de gelo da Antártida para ajudar os cientistas a calcular o quão rápido o continente congelado está perdendo gelo — e o quão rápido esse derretimento pode causar o aumento do nível global do mar.

Águas quentes, terreno traiçoeiro

Se derretida completamente, a camada de gelo da Antártida elevaria os níveis globais do mar em cerca de 200 pés (60 metros). Seu destino representa uma das maiores incertezas nas projeções de elevação do nível do mar. Assim como o aquecimento das temperaturas do ar causa derretimento na superfície, o gelo também derrete quando em contato com a água morna do oceano circulando abaixo.

Para melhorar os modelos de computador que preveem o aumento do nível do mar, os cientistas precisam de taxas de derretimento mais precisas, particularmente abaixo das plataformas de gelo — placas de gelo flutuante com quilômetros de extensão que se estendem da terra. Embora não contribuam diretamente para o aumento do nível do mar, as plataformas de gelo diminuem crucialmente o fluxo de camadas de gelo em direção ao oceano.

O desafio: Os lugares onde os cientistas querem medir o derretimento estão entre os mais inacessíveis da Terra. Especificamente, os cientistas querem mirar na área subaquática conhecida como “zona de aterramento”, onde as plataformas de gelo flutuantes, o oceano e a terra se encontram — e espiar profundamente dentro de cavidades não mapeadas onde o gelo pode estar derretendo mais rápido. A paisagem traiçoeira e em constante mudança acima é perigosa para os humanos, e os satélites não conseguem ver essas cavidades, que às vezes estão abaixo de uma milha de gelo. O IceNode foi projetado para resolver esse problema.

“Estamos pensando em como superar esses desafios tecnológicos e logísticos há anos, e achamos que encontramos uma maneira”, disse Ian Fenty, cientista climático do JPL e líder científico do IceNode. “O objetivo é obter dados diretamente na interface de derretimento do gelo-oceano, abaixo da plataforma de gelo.”

Frota flutuante

Aproveitando sua expertise em projetar robôs para exploração espacial, os engenheiros da IceNode estão desenvolvendo veículos com cerca de 8 pés (2,4 metros) de comprimento e 10 polegadas (25 centímetros) de diâmetro, com “trem de pouso” de três pernas que salta de uma extremidade para prender o robô à parte inferior do gelo. Os robôs não apresentam nenhuma forma de propulsão; em vez disso, eles se posicionariam autonomamente com a ajuda de um novo software que usa informações de modelos de correntes oceânicas.

Liberados de um poço ou de uma embarcação em mar aberto, os robôs navegariam por essas correntes em uma longa jornada sob uma plataforma de gelo. Ao atingir seus alvos, cada robô soltaria seu lastro e subiria para se fixar no fundo do gelo. Seus sensores mediriam a rapidez com que a água morna e salgada do oceano está circulando para derreter o gelo, e a rapidez com que a água derretida mais fria e doce está afundando.

A frota IceNode operaria por até um ano, capturando dados continuamente, incluindo flutuações sazonais. Então, os robôs se destacariam do gelo, retornariam ao oceano aberto e transmitiriam seus dados via satélite.

“Esses robôs são uma plataforma para levar instrumentos científicos aos locais mais difíceis de alcançar na Terra”, disse Paul Glick, engenheiro de robótica do JPL e principal pesquisador do IceNode. “Eles pretendem ser uma solução segura e de custo comparativamente baixo para um problema difícil.”

Teste de campo no Ártico

Embora haja desenvolvimento e testes adicionais à frente para o IceNode, o trabalho até agora tem sido promissor. Após implantações anteriores na Baía de Monterey, na Califórnia, e abaixo da superfície congelada do Lago Superior no inverno, a viagem ao Mar de Beaufort em março de 2024 ofereceu o primeiro teste polar. Temperaturas do ar de menos 50 graus Fahrenheit (menos 45 Celsius) desafiaram humanos e hardware robótico igualmente.

O teste foi conduzido por meio do Ice Camp bienal do Laboratório de Submarinos do Ártico da Marinha dos EUA, uma operação de três semanas que fornece aos pesquisadores um acampamento base temporário para conduzir trabalho de campo no ambiente do Ártico.

Conforme o protótipo descia cerca de 330 pés (100 metros) no oceano, seus instrumentos coletavam dados de salinidade, temperatura e fluxo. A equipe também conduziu testes para determinar os ajustes necessários para tirar o robô do tether no futuro.

“Estamos felizes com o progresso. A esperança é continuar desenvolvendo protótipos, levá-los de volta ao Ártico para testes futuros abaixo do gelo marinho e, eventualmente, ver a frota completa implantada sob as plataformas de gelo da Antártida”, disse Glick. “Esses são dados valiosos dos quais os cientistas precisam. Qualquer coisa que nos aproxime de atingir esse objetivo é emocionante.”