麻省理工學(xué)院:混合搭配套件可以讓宇航員建立一個(gè)月球探測(cè)機(jī)器人動(dòng)物園
機(jī)器人部件可以組裝成用于探索熔巖管的敏捷蜘蛛機(jī)器人或用于運(yùn)輸太陽能電池板的重型大象機(jī)器人。
當(dāng)宇航員開始在月球上建立基地時(shí)，正如美國宇航局計(jì)劃在未來幾年所做的那樣，他們將需要幫助。機(jī)器人有可能通過鋪設(shè)電纜、部署太陽能電池板、架設(shè)通訊塔和建造棲息地來完成繁重的工作。但是，如果每個(gè)機(jī)器人都是為特定的動(dòng)作或任務(wù)而設(shè)計(jì)的，那么月球基地可能會(huì)被機(jī)器動(dòng)物園淹沒，每個(gè)機(jī)器都有自己獨(dú)特的部件和協(xié)議。
為了避免機(jī)器人的瓶頸，麻省理工學(xué)院的一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)正在設(shè)計(jì)一套通用機(jī)器人部件，宇航員可以輕松地混合和匹配這些部件，以快速配置不同的機(jī)器人“種類”以適應(yīng)月球上的各種任務(wù)。一旦任務(wù)完成，機(jī)器人就可以被拆卸下來，其部件可以用來配置新的機(jī)器人來完成不同的任務(wù)。
該團(tuán)隊(duì)稱該系統(tǒng)為 WORMS，即步行低聚機(jī)器人移動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的部件包括受蠕蟲啟發(fā)的機(jī)器人肢體，宇航員可以輕松地將其固定在底座上，并作為行走機(jī)器人協(xié)同工作。根據(jù)任務(wù)的不同，零件可以配置為構(gòu)建大型“背包”機(jī)器人，這些機(jī)器人能夠攜帶沉重的太陽能電池板上山。相同的部件可以重新配置成六足蜘蛛機(jī)器人，這些機(jī)器人可以降低到熔巖管中以鉆取冰凍水。
麻省理工學(xué)院航空航天系 (AeroAstro) 的博士研究生兼研究生講師、團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人 George Lordos 說：“你可以想象月球上有一個(gè)棚子，上面放著幾架蠕蟲?！彪姍C(jī)、傳感器、計(jì)算機(jī)和電池。“宇航員可以進(jìn)入棚子，挑選他們需要的蠕蟲，以及合適的鞋子、身體、傳感器和工具，他們可以將所有東西拼在一起，然后拆解以制作新的。該設(shè)計(jì)靈活、可持續(xù)且具有成本效益?！?/span>
Lordos 的團(tuán)隊(duì)建造并展示了一個(gè)六足 WORMS 機(jī)器人。上周，他們?cè)?IEEE 的航空航天會(huì)議上展示了他們的成果，他們還獲得了該會(huì)議的論文獎(jiǎng)。
MIT 團(tuán)隊(duì)成員包括 Michael J. Brown、Kir Latyshev、Aileen Liao、Sharmi Shah、Cesar Meza、Brooke Bensche、Cynthia Cao、Yang Chen、Alex S. Miller、Aditya Mehrotra、Jacob Rodriguez、Anna Mokkapati、Tomas Cantu、Katherina Sapozhnikov、杰西卡·拉特利奇、大衛(wèi)·特朗普、金相培、奧利維爾·德韋克、杰弗里·霍夫曼，以及亞歷克斯·西門、科馬克·奧尼爾、迭戈·里維羅、菲奧娜·林、崔瀚非、伊莎貝拉·戈萊姆、張翰、朱莉·伯考、Prajwal Mahesh、斯蒂芬妮·豪、 Fatema Zaman、Steven Reyes 和 Zeyad Al Awwad，以及卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的 Chiara Rissola 和丹佛大學(xué)的 Wendell Chun。
動(dòng)物本能
WORMS 于 2022 年被設(shè)想為對(duì) NASA 的突破、創(chuàng)新和改變游戲規(guī)則 (BIG) 創(chuàng)意挑戰(zhàn)賽的回應(yīng)——一項(xiàng)旨在讓大學(xué)生設(shè)計(jì)、開發(fā)和展示改變游戲規(guī)則的想法的年度競(jìng)賽。2022 年，NASA 向?qū)W生提出挑戰(zhàn)，要求他們開發(fā)無需使用輪子即可穿越極端地形的機(jī)器人系統(tǒng)。
麻省理工學(xué)院空間資源工作室的一個(gè)團(tuán)隊(duì) 接受了挑戰(zhàn)，專門設(shè)計(jì)一種可以在月球南極的極端地形中航行的月球機(jī)器人——一個(gè)以厚厚、蓬松的塵埃為標(biāo)志的景觀；陡峭的巖石斜坡；和深熔巖管。該環(huán)境還擁有可能含有冰凍水的“陰影”區(qū)域，如果可以進(jìn)入，這對(duì)于維持宇航員的生命至關(guān)重要。
當(dāng)他們考慮如何在月球的極地地形中航行時(shí)，學(xué)生們從動(dòng)物身上獲得了靈感。在他們初的頭腦風(fēng)暴中，他們注意到某些動(dòng)物在概念上可能適合某些任務(wù)：一只蜘蛛可以下降并探索熔巖管，一排大象可以攜帶重型設(shè)備，同時(shí)相互扶持下陡坡，還有一只山羊，被拴住對(duì)一頭牛來說，在它運(yùn)送一組太陽能電池板時(shí)，可以幫助將更大的動(dòng)物帶到山坡上。
“當(dāng)我們想到這些動(dòng)物靈感時(shí)，我們意識(shí)到簡(jiǎn)單的動(dòng)物之一蠕蟲會(huì)做出與手臂、腿、脊椎或尾巴類似的運(yùn)動(dòng)，”副組長(zhǎng)兼 AeroAstro 研究生說邁克爾·布朗。“然后燈泡熄滅了：我們可以使用類似蠕蟲的附屬物來建造所有這些以動(dòng)物為靈感的機(jī)器人。”
扣上，扣下
希臘的 Lordos 幫助創(chuàng)造了 WORMS，并選擇了字母“O”來代表“oligomeric”，在希臘語中表示“幾個(gè)部分”。
“我們的想法是，只需幾個(gè)部分，以不同的方式組合，你就可以混合搭配并獲得所有這些不同的機(jī)器人，”AeroAstro 本科生 Brooke Bensche 說。
該系統(tǒng)的主要部分包括附肢或蠕蟲，它可以通過“通用接口塊”連接到身體或底盤上，“通用接口塊”通過扭鎖機(jī)制將兩個(gè)部分扣在一起。可以使用釋放塊的彈簧銷的小工具斷開部件。
附肢和身體也可以卡入配件中，例如團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)成炒鍋形狀的“鞋子”，以及可以映射周圍環(huán)境以幫助機(jī)器人導(dǎo)航的 LiDAR 系統(tǒng)。
“在未來的迭代中，我們希望添加更多的卡扣式傳感器和工具，例如絞盤、平衡傳感器和鉆頭，”AeroAstro 本科生 Jacob Rodriguez 說。
該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了可以定制以協(xié)調(diào)多個(gè)附屬物的軟件。作為概念驗(yàn)證，該團(tuán)隊(duì)制造了一個(gè)大小與手推車差不多的六足機(jī)器人。在實(shí)驗(yàn)室中，他們展示了一旦組裝好，機(jī)器人的獨(dú)立四肢就能在水平地面上行走。該團(tuán)隊(duì)還表明，他們可以在加利福尼亞州的沙漠現(xiàn)場(chǎng)快速組裝和拆卸機(jī)器人。
在代，每個(gè) WORMS 附肢長(zhǎng)約 1 米，重約 20 磅。在月球的引力約為地球引力的六分之一的情況下，每個(gè)肢體重約 3 磅，宇航員可以輕松地在野外組裝或拆卸機(jī)器人。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為具有更長(zhǎng)和稍重的附件的更大一代制定了規(guī)格。這些較大的部件可以拼接在一起，構(gòu)建“打包”機(jī)器人，能夠運(yùn)輸重物。
“有許多流行語用于描述未來太空探索的有效系統(tǒng)：模塊化、可重構(gòu)、適應(yīng)性強(qiáng)、靈活、交叉等，”NASA 蘭利研究中心的工程師凱文·肯普頓說，他曾擔(dān)任2022 年 BIG 創(chuàng)意挑戰(zhàn)賽的評(píng)委。“麻省理工學(xué)院的 WORMS 概念融合了所有這些品質(zhì)以及更多?！?/span>
這項(xiàng)研究得到了美國航空航天局、麻省理工學(xué)院、馬薩諸塞州太空基金、科學(xué)基金會(huì)以及房利美和約翰赫茲基金會(huì)的部分支持。
