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仿生學再次立功!四個機械臂伸出數萬個小鋼爪,征服所有行星表面

出品:太空伊卡洛斯

編者按:LEMUR機器人已經進化出三代,NASA希望這類機器人在未來 探索 太空中可以派上用場。以第三代LEMUR機器人為例,已進化為4足,每個肢體上分布著16個手指式吸盤,每個吸盤上還有數百個小鋼鉤,這使得它能夠依靠人工智能完美地避開前行道路上的阻礙,適用於在崖壁上工作。

毫無疑問,NASA在無人機器人系統領域處於比較領先的位置,比如登陸火星的好奇號、機遇號等,都是行星勘測領域的機器人代表作。各種著陸器、行星際探測器也是如此,它們遍布太陽系各個角落,在國際空間站上,還有Robonaut 2類人形機器幫助宇航員進行各種科研活動。未來,NASA希望未來機器人能承擔更多的任務,不僅能穿越平原和隕石坑,還能進壹步去 探索 懸崖、極地冰蓋和其他目前還未能到達的地方。

這壹切的前提就是今天的主角,LEMUR機器人,該平臺正在NASA的噴氣推進實驗室研發。LEMUR機器人全稱叫做多足短途全能機械,在20年前就已經開始研發,第壹代LEMUR機器人可在桁架結構上行走,並定點作業,適用於國際空間站,擁有6足結構。 筆者認為,第壹代LEMUR有很大的局限性,只能在空間站上使用,但仍然符合NASA所定義的多足配置

第二代LEMUR機器人在高度上有很大的變化,形似甲蟲 ,LEMURIIa型號後四肢有相同的自由度,可實現站立、爬行,兩個前肢可作為機械臂使用,儼然是個機械昆蟲的造型,也是仿生學的又壹個應用。LEMURIIb將兩個前肢去掉,變成了四足爬行狀,與螃蟹比較相似,這是壹種側重於攀爬的機器人。攀爬系統涉及到末端傳感器、微操控制、關節設計等,因此我們可以看到LEMURIIb在國際空間站外表面進行爬行。不論是垂直面還是懸崖峭壁,LEMURIIb都可以得心應手。 LEMURIIb在過去幾年已經在空間站上執行任務 ,作為壹個修理機器人使用,如果要想在行星表面自由行走,則需要壹種可行走、攀爬和爬行能力的機器人,這樣才能勝任在火星或者其他太陽系衛星尋找生命的工作。

第三代LEMUR機器人已經進化了很多,通過圖片可以看到, 第三代LEMUR進化為4足,每個肢體上分布著16個手指式吸盤,每個吸盤上還有數百個小鋼鉤 ,這使得它能夠依靠人工智能完美地避開前行道路上的阻礙,適用於在崖壁上工作。在懸崖上作業期間,第三代LEMUR借助壹整套科學儀器能夠搜索並采集到古代化石的樣本。這種能力將給行星表面的生物探測帶來很大便利,因為它可以采集到古代湖泊中的沈積物,其中蘊藏著生命的證據。而這也是目前好奇號火星車在蓋爾隕石坑的夏普山所做的工作。好奇號之所以沒有獲得更大的成就,很可能就受限於地貌,只能在平原上行駛,無法爬行進入懸崖峭壁。

第三代LEMUR也進化出了冰蠕蟲模式,NASA希望這類機器人在未來 探索 太空中可以派上用場。第三代LEMUR冰蠕蟲版本可在諸如木衛二的冰山上活動,或者在冥王星上的氮冰懸崖上移動。該平臺的設計參考了仿生學原理,依靠自身重量和伸展的四肢在冰冷的表面移動,堪稱行星壁虎。

在攀爬冰山采集樣本時,冰蠕蟲將其中壹個肢體鉆入冰山保持穩定,同時可以通過人工智能進行導航來選擇最佳的前進路線。冰蠕蟲版本已經在南極冰川和聖海倫冰洞內進行了測試,未來這類機器人將很可能被用於探尋地外生命,比如,前往土星和木星的冰冷衛星考察它們是否有生命跡象。

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