Minirobotar som kan rulla, flyga, flyta och simma, sedan förvandlas till en enda maskin? Tillsammans bildar de Shapeshifter, ett utvecklande koncept för ett transformerande fordon för att utforska förrädiska, avlägsna världar.

I en dammig robotgård vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, Shapeshifter-teamet testar en 3-D-printad prototyp av denna ovanliga utforskare. En grej som ser ut som en drönare inkapslad i ett avlångt hamsterhjul rullar över gården, delas sedan på mitten. När separerat, de två halvorna reser sig på små propellrar, effektivt bli flygande drönare för flygutforskning. Dessa 3-D-tryckta delar är bara början; teamet föreställer sig en serie med upp till 12 robotar som kan förvandlas till en simsond eller ett team av grottutforskare.

Den flygande amfibieroboten är en del av det tidiga forskningsprogrammet NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), som erbjuder flera faser av finansiering till visionära koncept, hjälpa till att förvandla idéer som låter som science fiction till science fact. JPL:s huvudutredare Ali Agha föreställer sig Shapeshifter som ett uppdrag till Saturnus måne Titan, den enda andra världen i solsystemet som är känt för att ha vätska i form av metansjöar, floder och hav på dess yta.

NASA:s Cassini-uppdrag flög av Titan över hundra gånger, kartlägga dess yta för framtida uppdrag. Vad Cassini upptäckte är en värld som förvånansvärt liknar jorden men med viktiga skillnader:Titans kalla floder, sjöar och regn är gjorda av flytande metan och etan (båda gaserna på jorden). Månens disiga atmosfär kan också dölja grottor – eller till och med isiga vulkaner som spyr ut ammoniak eller vatten istället för magma.

"Vi har mycket begränsad information om ytans sammansättning. Stenig terräng, metansjöar, kryovulkaner – vi har potentiellt alla dessa, men vi vet inte säkert, ", sa Agha. "Så vi funderade på hur vi skulle skapa ett system som är mångsidigt och kapabelt att korsa olika typer av terräng men också tillräckligt kompakt för att skjuta upp på en raket."

Agha och hans Shapeshifter-medutredare, som inkluderar forskare från Stanford och Cornell universitet, kom på konceptet med en självmonterande robot gjord av mindre robotar som kallas "cobots". Cobotarna, var och en innehåller en liten propeller, skulle kunna röra sig oberoende av varandra för att flyga längs klippsidor av vetenskapligt intresse. De kunde också trollbinda, bildar en daisy chain för att upprätthålla kontakt med ytan. Eller de kan förvandlas till en sfär för att rulla på plana ytor och spara energi.

Tills vidare, Shapeshifter är semi-autonom, men dess framtida design kommer att bero på cobots som kan monteras automatiskt utan att behöva kommandon från jorden.

Aghas ultimata vision inkluderar en landare som European Space Agencys Huygens Probe, som landade på Titan efter att ha utplacerats via fallskärm av NASA:s rymdfarkoster Cassini. Detta "moderskepp, "som Agha kallar det, skulle fungera som en energikälla för cobotarna och bära de vetenskapliga instrumenten för att utföra djupgående provanalyser. Men istället för att stanna på plats, som landare brukar göra, den här skulle vara bärbar. Flyg är lättare på Titan, där atmosfären är tät och gravitationen låg. Agha beräknar att 10 cobots lätt skulle kunna lyfta en landare lika stor som Huygens (ungefär 9 fot, eller 3 meter, wide) and gently carry it to different locations.

"It is often the case that some of the hardest places to get to are the most scientifically interesting because maybe they're the youngest, or they're in an area that was not well characterized from orbit, " said Jason Hofgartner, JPL lead scientist for Shapeshifter.

"Shapeshifter's remarkable versatility enables access to all of these scientifically compelling places."

The Shapeshifter team will submit their concept to NIAC's Phase II selection process in 2020. But even if selected, it could be many more years until Shapeshifter visits a moon like Titan. The next mission to Titan will be Dragonfly, NASA's first rotorcraft lander, which is scheduled to launch in 2026. Until then, curious Titan enthusiasts can continue to follow NASA's Cassini team as it releases new discoveries about the strange moon.