Robot lặn biển giá rẻ: Chìa khóa mới cho khoa học đại dương và khai thác khoáng sản

Robot lặn biển giá rẻ: Chìa khóa mới cho khoa học đại dương và khai thác khoáng sản

Nằm ngay giữa Úc và Nam Mỹ, tàu nghiên cứu Rainier của Cục Khí quyển và Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ (NOAA) hiện đang thực hiện nhiệm vụ khảo sát hơn 8.000 hải lý vuông của đáy biển Thái Bình Dương để tìm kiếm các mỏ khoáng sản quan trọng. Tuy nhiên, tàu Rainier không đơn độc trong nhiệm vụ này; bắt đầu từ tuần này, trong vòng một tháng, nó sẽ triển khai hai tàu ngầm tự hành hình bầu dục màu neon làm "đặc vụ" của dự án, gửi chúng lặn xuống độ sâu gần 6.000 mét để di chuyển dọc theo đáy biển.

Những tàu ngầm này, do công ty trẻ Orpheus Ocean chế tạo, được thiết kế riêng để khám phá môi trường khắc nghiệt này: một lớp nền bùn lầy đầy sự sống, từ các vi sinh vật nhỏ bé cho đến giun và ốc sên, cùng với các "đá kết" kích thước bằng quả trứng chứa các kim loại như đồng, coban, niken và mangan—những nguyên liệu quan trọng cho các công nghệ trên toàn cầu.

Cuộc cách mạng "lặn sâu giá rẻ"

Các nhà khoa học và công ty đã lâu mong muốn thăm dò vùng biển sâu và đưa những kho báu này lên mặt nước. Orpheus, công ty tách ra từ Viện Hải dương học Woods Hole (WHOI) vào năm 2024, có vị thế tốt để biến những khả năng đó trở nên kinh tế hơn nhiều. Công ty đã thiết kế các phương tiện của mình dựa trên triết lý đơn giản: "lặn sâu với chi phí thấp", theo Jake Russell, đồng sáng lập và CEO của Orpheus.

Chi phí để chế tạo mỗi tàu ngầm này chỉ vào khoảng vài trăm nghìn đô la, trong khi các lựa chọn hiện tại có thể dao động từ 5 đến 10 triệu đô la. Và không giống như hầu hết các tàu ngầm tự hành đại dương khác, chúng có thể đẩy mình vào đáy biển và lấy các lõi trầm tích—cũng như các sinh vật bên trong đó.

Thử nghiệm tàu ngầm Orpheus trong bể

Các kỹ sư của Orpheus đã mày mò với các thiết kế biển sâu của mình trong nhiều năm, phần lớn công việc được thực hiện tại WHOI và trong sự hợp tác với NOAA cũng với Cục Hàng không và Vũ trụ Quốc gia (NASA). Các nguyên mẫu của họ được đánh giá có khả năng lặn xuống độ sâu 11.000 mét—phần sâu nhất của Rãnh Mariana. Chúng đã hoàn thành hai lần triển khai thương mại, nhưng cuộc thám hiểm mới này đánh dấu bài kiểm tra lớn nhất của các tàu ngầm này: hoạt động trong phạm vi lớn trong nhiều tuần với nhiều công cụ khác nhau.

Thiết kế "nhảy cóc" và vật liệu chịu áp lực

Các tàu ngầm Orpheus được xếp loại là Tàu ngầm tự hành (AUV), hoạt động dựa trên sự kết hợp giữa các lệnh được lập trình sẵn và việc ra quyết định theo thời gian thực mà không cần dây cáp nối với tàu mẹ. Nhưng không giống như các AUV truyền thống được thiết kế để lướt đi đường dài với tốc độ cao, những tàu ngầm này ngắn và chắc chắn với đôi chân nhỏ—tốt hơn cho việc hạ cánh mềm trên đáy biển và sau đó đẩy vào bùn để hút các lõi trầm tích cho các nhà khoa học. Khi hạ cánh, tàu ngầm có thể nhấc mình khỏi bề mặt, đẩy lên vài feet và lắng xuống một lần nữa theo phong cách "nhảy cóc".

Thân tàu của chúng được làm chủ yếu từ một vật liệu nổi được gọi là bọt tổng hợp (syntactic foam), với các linh kiện điện tử quan trọng được bao bọc trong một khối cầu thủy tinh dày. Loại bọt này, được xen kẽ với các vi cầu thủy tinh rỗng để ngăn chặn sự sụp đổ dưới áp suất cao, cũng đã từng được đưa xuống sâu trong phương tiện đưa đạo diễn James Cameron đến Rãnh Mariana vào năm 2012; ông thậm chí đã quyên góp vật liệu thừa để sử dụng trong các nguyên mẫu Orpheus trước đó.

Với chiều dài dưới 2 mét và trọng lượng dưới 600 pound (khoảng 270 kg), Russell cho rằng robot Orpheus là phương tiện đại dương nhỏ nhất—và tương ứng là rẻ nhất—trên thị trường có khả năng lặn xuống độ sâu 6.000 mét. Chúng được thiết kế để tạo nên các đội tàu thám hiểm robot trong tương lai.

Dân chủ hóa khoa học đại dương

Andrew Sweetman, một nhà sinh thái học biển sâu tại Hiệp hội Khoa học Hải dương Scotland, người chưa từng làm việc với Orpheus, nhận định rằng các phương tiện này là "sự kết hợp tốt nhất của cả hai thế giới". Trong khi chúng có thể lang thang trên các khu vực rộng lớn như một AUV, chúng cũng có thể thực hiện các thao tác lấy mẫu chính xác như một tàu điều khiển từ xa (ROV).

Ngoài mức giá thấp, Sweetman cho biết kích thước nhỏ của các tàu này có nghĩa là chúng không yêu cầu một tàu nghiên cứu lớn để chở ra biển. Điều đó có thể làm cho việc thám hiểm dễ tiếp cận hơn đối với các quốc gia nhỏ hơn hoặc nghèo hơn không sở hữu những con tàu như vậy: "Nó sẽ, theo một cách nào đó, giúp dân chủ hóa khoa học biển sâu."

Cán cân giữa khoa học và khai thác mỏ

Bên cạnh việc thu hút sự chú ý của các nhà khoa học, các phương tiện đại dương nhỏ hơn và rẻ hơn cũng đã khơi gợi sự quan tâm của các công ty. Russell cho biết các yêu cầu thông tin đến hàng tuần từ các doanh nghiệp liên quan đến khai thác mỏ biển sâu, quốc phòng, điện gió ngoài khơi, viễn thông và dầu khí.

Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học hoàn toàn không hào hứng với sự thúc đẩy ngày càng tăng đối với việc khai thác mỏ đáy biển. Sweetman cho rằng: "Tôi nghĩ rằng việc thúc đẩy khai thác mỏ biển sâu đang diễn ra quá nhanh." Cộng đồng biển sâu "có lẽ là môi trường ổn định nhất trên hành tinh của chúng ta", Orphan bổ sung. "Các sinh vật sống ở đó thực sự không thích nghi với sự xáo trộn nhiều, và chúng mất rất rất nhiều thời gian để phục hồi, nếu có thể phục hồi được."

Một phương pháp khai thác mỏ mà các chính phủ và công ty đề xuất liên quan đến một chiếc máy hoạt động giống như một chiếc xe ủ khổng lồ, kéo lưới đáy biển, hút một đường vật chất và để lại các vết sẹo cũng như đám mây trầm tích sau lưng. Brett Hobson, một kỹ sư đại dương tại MBARI, cho biết công nghệ kiểu Orpheus có thể cho phép các công ty "lấy mẫu theo một cách phẫu thuật hơn, thay vì chỉ đơn thuần xúc mọi thứ lên khỏi đáy biển và lọc qua nó."

Trong những tuần tới, khi những tàu ngầm neon của Orpheus lặn xuống Thái Bình Dương, sự sẵn sàng của chúng cho các cuộc khảo sát khoa học và tài nguyên trong tương lai sẽ trở nên rõ ràng hơn. Mỗi lần lặn, chúng sẽ thu được một chút dữ liệu thêm—"chỉ là những con tem bưu chính nhỏ nhất trên hành tinh của chúng ta", theo Orphan. "Vẫn còn rất nhiều điều để học hỏi."