미국 해양대기청(NOAA)과 오르페우스 오션(Orpheus Ocean)은 심해 광물 탐사를 위해 '깊이를 저렴하게(deep for cheap)'라는 철학으로 개발된 저비용 자율수중차량(AUV) 2대를 태평양 심해에 투입했습니다. 이 잠수정들은 기존 장비의 10분의 1 수준인 수십만 달러의 저렴한 가격으로 심해 퇴적물 채취와 해저 '도약'이 가능하며, 정부 기관과 기업의 심해 탐사 접근성을 크게 높일 수 있습니다. 이번 탐사는 해저 코어 시추, 고해상도 이미지 촬영, 대규모 장기 작동 등을 통해 미개척 심해의 생태계와 핵심 광물 자원을 조사하는 데 목적이 있습니다.
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호주와 남미 한가운데 위치한 곳에서, 미국 해양대기청(NOAA) 연구선 레이니어(Rainier)가 핵심 광물 매장지를 찾기 위해 태평양 해저 8,000평방해리 이상을 매핑하는 임무를 수행 중입니다. 하지만 이 작업을 단독으로 하는 것은 아닙니다. 이번 주부터 한 달간 이 프로젝트의 특수 요원 역할을 할 타원형의 형광빛 잠수정 2대를 배정하여, 이들을 수심 6,000미터 가까이 잠수시켜 해저 위를 '도약'하며 탐사하게 됩니다.
젊은 기업인 오르페우스 오션(Orpheus Ocean)이 제작한 이 잠수정들은 바로 이 환경, 즉 미생물부터 벌레, 달팽이 등 온갖 생명체로 가득하고 세계 기술에 필수적인 구리, 코발트, 니켈, 망간 등 계란 크기의 금속 '망단(Manganese Nodule)'이 존재하는 질퍽한 해저 기질을 탐사하도록 설계되었습니다. 오랫동안 과학자들과 기업들은 심해를 탐사하고 이러한 보물을 지표면으로 가져오고자 노력해 왔습니다. 2024년 우즈홀 해양학 연구소(WHOI)에서 분사하여 설립된 오르페우스는 이러한 가능성을 훨씬 더 경제적으로 만들 수 있는 유리한 위치를 차지하고 있습니다.
화학자 출신인 오르페우스의 공동 창립자이자 CEO인 제이크 러셀(Jake Russell)은 이 회사가 차량을 설계한 철학이 단순히 '깊이를 저렴하게(deep for cheap)'라고 말했습니다. 이 차량들은 제작 비용이 각각 수십만 달러에 불과하지만, 기존 장비는 500만 달러에서 1,000만 달러에 달합니다. 또한 대부분의 자율 해양 차량과 달리 이들은 해저로 들어가 퇴적물 코어와 그 안의 생물들을 포획할 수 있습니다.
오르페우스의 엔지니어들은 수년 동안 심해 설계를 다듬어 왔으며, 이 작업의 상당 부분은 WHOI에서 이루어졌고 NOAA 및 미국 항공우주국(NASA)과 협력하여 진행되었습니다. 프로토타입 차량은 마리아나 해구의 가장 깊은 곳인 수심 11,000미터까지 잠수할 수 있는 능력을 갖춘 것으로 평가되었습니다. 이전에 두 차례의 상업적 배치를 완료했지만, 이번 새로운 탐험은 여러 기기를 가동하여 여러 주 동안 넓은 범위에서 작동하는 잠수정의 가장 큰 시험대가 될 것입니다.
해양 표면의 모함인 레이니어를 기지로 삼아, 이 차량들은 한 번에 10킬로미터를 헤엄쳐 나가며 매초마다 고해상도 이미지를 촬영하고 각각 해저에서 최대 8개의 물리적 샘플을 채취할 것입니다. 모든 것이 순조롭다면, 이번 테스트는 거대하고 연구가 거의 이루어지지 않은 심해와 그 자원을 탐사하려는 정부 기관, 과학자, 기업들을 위한 도구로 이 차량들의 입지를 다지는 데 도움이 될 것입니다. 시장에 나온 유일한 선택지가 아니지만, 오르페우스는 잠수정의 크기와 낮은 제작 비용이 곧 이를 가장 접근하기 쉬운 장비 중 하나로 만들 것이라고 기대하고 있습니다.
현재 이 깊은 심해에 도달하려면 과학자들은 정부 기관과 연구소가 소유한 제한적이고 비싼 잠수정의 사용 시간을 기다려야만 합니다. 이러한 방식은 심해의 상호 연결된 생태 및 생지화학적 시스템을 탐사하기보다는 심해의 단편적인 스냅샷을 찍는 데 더 적합합니다. 러셀은 우리가 조사 중인 이 지역의 상당 부분은 어떤 종류의 세부 사항으로도 실제로 한 번도 탐사된 적이 없으며, 우리가 보는 모든 것은 NOAA와 과학계에 새로운 것이 될 것이라고 말했습니다.
퇴적물 전문가
오르페우스 잠수정은 사전 프로그래밍된 명령과 실시간 의사 결정이 혼합되어 작동하며 선박에 매여 있지 않은 자율수중차량(AUV)으로 분류됩니다. 하지만 장거리, 고속 활강을 위해 설계된 기존의 AUV들과 달리, 이 잠수정들은 길이가 짧고 튼튼하며 작은 다리가 있어 해저에 부드럽게 착륙한 다음 진흙 속으로 들어가 과학자들을 위해 퇴적물 코어를 빨아들이는 데 더 적합합니다. 착륙할 때 이 잠수정들은 표면에서 떠오르고 몇 피트를 추진한 후 다시 '도약'하는 방식으로 정착할 수 있습니다. 이들의 몸체는 주로 신터틱 폼(Syntactic foam)이라는 부력 재질로 만들어져 있으며, 중요한 전자 장비는 두꺼운 유리 구체 안에 들어 있습니다. 압력이 높아도 붕괴되지 않도록 속이 빈 유리 미세구가 분산되어 있는 같은 종류의 폼은 유명 영화 감독을 태웠던 심해 차량에도 사용되었습니다.
Smack dab between Australia and South America, the US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) research vessel Rainier is currently on a mission to map more than 8,000 square nautical miles of the Pacific seafloor in search of critical mineral deposits. But it isn’t doing it alone; for a month starting this week, it will deploy two oblong neon submersibles as the project’s special agents, sending them nearly 6,000 meters down to hop along the seafloor. The submersibles, built by the young company Orpheus Ocean, are designed to explore just this environment: a squelchy substrate that teems with life of all kinds, from tiny microbes to worms and snails, along with egg-size “nodules” of metals—such as copper, cobalt, nickel, and manganese—that are crucial for technologies worldwide. Scientists and companies have long sought to probe the deep sea and bring such treasures to the surface. Orpheus, which spun off from the Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) in 2024, could be well positioned to make those possibilities a lot more economical. The company has designed its vehicles on a simple philosophy: “deep for cheap,” says Jake Russell, Orpheus’s cofounder and CEO, who is a chemist by training. The vehicles cost a couple of hundred thousand dollars each to build, whereas existing options can range from $5 million to $10 million. And unlike most autonomous ocean vehicles, they can push into the seafloor and capture cores of sediment—and the creatures within. Orpheus’s engineers have been tinkering with their deep-sea designs for years, much of the work taking place at WHOI and in collaboration with NOAA and the National Aeronautics and Space Administration. Its prototype vehicles were rated capable of diving to 11,000 meters—the deepest part of the Mariana Trench. They’ve completed two commercial deployments, but this new expedition marks the submersibles’ biggest test yet: operating over large ranges for multiple weeks and with multiple instruments at play. Using Rainier as their home base on the ocean’s surface, the vehicles will swim out for 10 kilometers at a time, taking one high-resolution image every second and up to eight physical samples from the seafloor apiece. If all goes well, the test could help establish the vehicles as a tool for government agencies, scientists, and companies that hope to probe the vastly understudied deep sea and the resources it holds. And while they’re not the only option on the market, Orpheus hopes their size and low building cost will soon make them one of the most accessible. At present, to reach these depths scientists must wait for time on a limited and expensive set of submersibles owned by government agencies and research institutes. That formula lends itself better to capturing snapshots of the deep sea than it does to probing its interconnected ecological and biogeochemical systems. “A lot of this region that we're surveying … has really never been explored in any kind of detail,” says Russell. “Anything we see is going to be new to NOAA and new to science.” A sediment specialist The Orpheus subs are classified as autonomous underwater vehicles (AUVs), which operate on a mix of preprogrammed commands and live decision-making and without being tethered to a ship. But unlike traditional AUVs engineered for long-distance, high-speed gliding, these submersibles are short and stout with little legs—better for making soft landings on the seafloor and then pushing into the mud to suck out sediment cores for scientists. When they do land, the submersibles can lift off the surface, thrust a few feet, and settle once more in a “hopping” fashion. Their bodies are made mostly of a buoyant material known as syntactic foam, with the important electronics encased in a thick sphere of glass. The same kind of foam, which is interspersed with hollow microspheres of glass to prevent it from collapsing under high pressures, went to the deep in the vehicle that carried the filmmaker James Cameron to the Mariana Trench in 2012; he even donated leftover material for use in earlier Orpheus prototypes. At less than two meters in length and under 600 pounds (270 kilograms), Russell says the Orpheus robots are the smallest—and correspondingly the least expensive—ocean vehicles on the market capable of descending to 6,000 meters. They’re designed to populate future fleets of robotic explorers. The approach stems from a fundamental challenge, says Victoria Orphan, a geobiologist at the California Institute of Technology, who has previously worked with an Orpheus vehicle on a science campaign: “Anytime you do things in the deep ocean, you always run this risk, when you put something over the side [of a ship], that it might not come back.” With existing fleets of large, expensive vessels operated by groups like NOAA, WHOI, and the Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), losing a vehicle can be disastrous, not least because scientists must already compete for their limited time. In the spring of 2024, Orphan and her colleagues put an Orpheus sub through its paces during an expedition to study deep-sea methane seeps off the coast of Alaska’s Aleutian Islands. They hoped to use the vehicle to create maps of the area before the team sent down a human-crewed submersible called Alvin to study specific areas—and the microorganisms and animals that live there—in more detail. But as with any sort of new type of technology, “there’s always growing pains,” recalls Orphan. Frigid temperatures and steep topography added unseen challenges, and it took the full three weeks for the sub to get high-resolution photographs of the seeps. The setback didn’t dull Orphan’s excitement about the potential of these machines. “There’s a lot of real, unknown science right at that interface between the sediment and the ocean surface,” she says. “The Orpheus-type class of instrument, with the right kinds of sensors and samplers, could be a very enabling tool.” Russell envisions pairing the vehicles with specially designed payloads that can sense the heat of chemical seeps and detect plumes of sediment, DNA shed from ocean life-forms, or the magnetic tug of buried cables. The vehicles are the “the best of both worlds,” says Andrew Sweetman, a deep-sea ecologist at the Scottish Association for Marine Science, who has not worked with Orpheus. While they can roam large areas like an AUV, they can also carry out precise sampling maneuvers like a remotely operated vehicle (ROV), a robot connected to a ship via cables that fulfills real-time human commands. In addition to the low price tag, says Sweetman, the small size of the vessels means they don’t require a large research vessel to ferry them out to sea. That might make exploration more accessible for smaller or poorer countries without such ships, he says: “It will, in a way, help democratize deep-sea science.” He imagines using the sediment cores the submersibles gather to probe how seafloor-dwelling animals cycle nutrients—a crucial element of the ocean’s role as a carbon sink. The mining push As much as smaller, cheaper ocean vehicles have caught scientists’ eye, they have also piqued the interest of companies. Russell says inquiries come in weekly from businesses involved in deep-sea mining, defense, offshore wind, telecommunication, and oil and gas. He notes that Orpheus is merely a “service provider,” helping collect data where needed but not making decisions about how to use the seafloor. And he says that better data—such as information on the shape of the seafloor, the sediment quality, and the presence of life—also “raises the bars” that governments and regulators are only beginning to set. But many scientists are far from eager about the growing push for seabed mining, which an executive order from President Donald Trump stoked further last week by mandating that the US government rapidly develop mineral exploration and processing. And earlier last month, the administration announ