登Science！美国宇航局打造蛇形机器人探远海、勘冰原

2024-04-23 09:47

近年来，土卫二因其表层冰层下蕴藏海洋水系而备受关注。

在一项长达17年的合作中，卡内基梅隆大学（CMU）的研究人员与美国宇航局（NASA）喷气推进实验室合作，创造了一个自主的蛇状机器人——Exobiology Extant Life Surveyor（EELS）。

美国宇航局的科学家表示，他们希望利用EELS机器人在土卫二冰冷的地壳下的海洋中寻找生命迹象。相关论文也登上《Science Robotics》，并作为3月封面。

蛇形机器人一直被视为在狭窄复杂环境中活动的首选。相较于传统机器人，它们能够借助纤长有辘数十个铰链式关节的身形，在障碍重重的区域自如穿梭。

经过数年的酝酿，EELS集卡内基梅隆大学、亚利桑那州立大学和加州大学圣地亚哥分校等多家高校的智慧结晶，彰显了最前沿的机器人技术。

EELS全长约4米，由10节相同部件构成，整体重量在100公斤左右。每一节包含3个执行器，前两个用于调整形状，后一个控制体表螺纹推进。每个形状执行器均能提供高达400N·m的峰值扭矩，使EELS拥有广阔的自由度。

特有的自重复结构赋予EELS卓越的移动能力，其既可借助蛇形曲折避开障碍，也能通过主动皮肤螺纹推进迅速穿越平坦地带。

纵观EELS的系统架构，其控制模块采用分层架构，有助于面对复杂问题的拆解和代码可维护性。控制层次从底层硬件指令一直上升至高级任务目标，每个层级控制器都对上一级的意图进行分解转译。比如说，执行器控制器会将上级要求的螺钉速度、形状等，转化为可被硬件执行的具体动作。

据项目研究科学家Howie Choset教授介绍：“蛇形机器人的好处在于，它们可以利用它们的许多关节和纤细的体格来穿过紧密包装的体积，并到达机械人员无法到达的位置。”

即便在如冰层、沙地、岩石、悬崖等极端环境，EELS依旧能自如通行。EELS也将利用这些能力蠕动到土卫二冰层的裂缝中，将帮助机器人更好地在冰上移动，直到它找到一个裂缝或间歇泉洞爬进去。

此外，EELS的“轮子”也十分特别，它与其他蛇形机器人不同，与其说“轮子”，更像“开瓶器”。

“当这些开瓶器旋转时，它们会稍微穿透冰层，但也使该机构能够向前滚动。因此，机器人具有推动自己的能力，不仅具有蛇形运动，而且这些开瓶器轮使其能够非常快速地穿越冰冷的表面。”

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