原創(chuàng) | 文 BFT機(jī)器人

人類(lèi)在月球上開(kāi)采和使用原材料指日可待。各種太空機(jī)構(gòu)，例如歐洲航天局（ESA），已經(jīng)在著手計(jì)劃這項(xiàng)任務(wù)，以便更好地探索地球衛(wèi)星和尋找礦物。而任務(wù)的實(shí)施則需要適合的勘探工具。

來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH Zurich)的瑞士研究人員當(dāng)前嘗試付諸實(shí)踐的想法是，在月球探索之旅中，除了要發(fā)射一個(gè)單獨(dú)的探測(cè)器來(lái)開(kāi)展探索之旅，還要派出整個(gè)飛行器和飛行設(shè)備團(tuán)隊(duì)來(lái)互補(bǔ)。

基于此想法，研究人員為三個(gè)ANYmal（ETH開(kāi)發(fā)的一種有腿機(jī)器人）配備了一系列測(cè)量和分析儀器，這些儀器很大程度上能使它們?cè)谖磥?lái)成為合適的勘探設(shè)備。利用這類(lèi)儀器，他們?cè)谌鹗亢捅R森堡的歐洲太空資源創(chuàng)新中心（ESRIC）的不同地形上對(duì)這些機(jī)器人進(jìn)行了測(cè)試，以期達(dá)到提高機(jī)器人性能的目的。

因此在幾個(gè)月前，瑞士團(tuán)隊(duì)與德國(guó)同事一起贏得了歐洲月球探測(cè)機(jī)器人比賽的冠軍。而比賽的內(nèi)容就包括在以月球表面為模型的測(cè)試地點(diǎn)尋找和識(shí)別礦物。由此可見(jiàn)，上述研究人員進(jìn)行的測(cè)試和改進(jìn)頗有成效。在最新一期的《科學(xué)機(jī)器人》雜志上，科學(xué)家們?cè)敿?xì)描述了他們是如何使用機(jī)器人團(tuán)隊(duì)來(lái)探索未知的地形。

01

故障保險(xiǎn)

“使用多個(gè)機(jī)器人有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，”ETH教授Marco Hutter領(lǐng)導(dǎo)的研究小組博士生Philip Arm解釋說(shuō)，“單個(gè)機(jī)器人可以承擔(dān)專(zhuān)業(yè)任務(wù)并同時(shí)執(zhí)行它們。此外，由于其冗余性，機(jī)器人團(tuán)隊(duì)能夠彌補(bǔ)隊(duì)友的失敗。在這種情況下，冗余意味著重要的測(cè)量設(shè)備安裝在多個(gè)機(jī)器人上。換句話(huà)說(shuō)，冗余和專(zhuān)業(yè)化是對(duì)立的目標(biāo)。要想獲得兩者的好處，關(guān)鍵是要找到適當(dāng)?shù)钠胶??！?/p>

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院、巴塞爾大學(xué)、伯爾尼大學(xué)和蘇黎世大學(xué)的研究人員通過(guò)為兩個(gè)有腿機(jī)器人配備專(zhuān)家來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。其中一個(gè)機(jī)器人被編程為特別擅長(zhǎng)繪制地形圖和對(duì)地質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)。它使用了一臺(tái)激光掃描儀和幾臺(tái)攝像機(jī)（其中一些具有光譜分析功能），收集有關(guān)巖石礦物成分的初步線(xiàn)索。另一個(gè)專(zhuān)業(yè)機(jī)器人被教導(dǎo)使用拉曼光譜儀和顯微鏡相機(jī)精確識(shí)別巖石。

第三個(gè)機(jī)器人是多面手：它既能繪制地形圖，又能識(shí)別巖石，這意味著它比專(zhuān)家有更廣泛的任務(wù)范圍。然而，它的設(shè)備意味著它可以以較低的精度執(zhí)行這些任務(wù)。Arm說(shuō)：“這使得任何一個(gè)機(jī)器人在出現(xiàn)故障時(shí)都有可能完成任務(wù)?！?/p>

02

組合是關(guān)鍵

在ESRIC和ESA空間資源挑戰(zhàn)賽上，評(píng)審團(tuán)特別印象深刻的是，研究人員在他們的探索系統(tǒng)中建立了冗余，使其能夠適應(yīng)潛在的故障。作為獎(jiǎng)勵(lì)，來(lái)自卡爾斯魯厄FZI信息技術(shù)研究中心的瑞士科學(xué)家和他們的同事獲得了一份為期一年的研究合同，以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。除了有腿機(jī)器人，基于FZI研究人員在使用這類(lèi)機(jī)器人的經(jīng)驗(yàn)，這項(xiàng)工作還將涉及帶輪子的機(jī)器人。

“像ANYmal這樣的有腿機(jī)器人在巖石和陡峭的地形中可以很好地應(yīng)對(duì)，例如在爬入火山口時(shí)，Hutter教授小組的資深科學(xué)家Hendrik Kolvenbach解釋說(shuō)，在這種情況下，帶輪子的機(jī)器人處于劣勢(shì)，但它們可以在不太具有挑戰(zhàn)性的地形上更快地移動(dòng)。因此，對(duì)于未來(lái)的任務(wù)，將運(yùn)動(dòng)模式不同的機(jī)器人組合在一起是有意義的。飛行機(jī)器人也可以加入隊(duì)伍。

研究人員還計(jì)劃讓機(jī)器人更加自主。目前，所有來(lái)自機(jī)器人的數(shù)據(jù)都流入一個(gè)控制中心，在那里操作員將任務(wù)分配給各個(gè)機(jī)器人。在未來(lái)，半自動(dòng)機(jī)器人可以直接相互分配某些任務(wù)，并為操作員提供控制和干預(yù)選項(xiàng)。

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