ESA SpaceBok機器人將在低重力世界中翱翔

ESA正在幫助來自蘇黎世的一群學(xué)生測試和開發(fā)他們的跳躍式探索機器人。該機器人被稱為SpaceBok，設(shè)計用于在月球或小行星等低重力體上運行。它基于“動態(tài)步行”的概念，這是地球上的動物使用的東西。

像精神，機遇和好奇心這樣的流浪者在探索火星方面做了很多工作。但那些輪式車輛有其局限性：有些地方是他們無法到達的。由于小型跳躍機器人MASCOT向我們展示了小行星Ryugu的表面，跳躍機器人可以提供一些東西。

來自蘇黎世機構(gòu)的一群學(xué)生正在開發(fā)有史以來最先進的機器人探險家之一。SpaceBok是一款四足機器人，正在荷蘭ESA的ESTEC技術(shù)中心進行測試。整個想法的靈感來自登上月球的宇航員。

當宇航員抵達月球時，他們很快發(fā)現(xiàn)跳躍是一種自然的移動方式。低重力使其成為一種有效的推進方式，至少對于低質(zhì)量的機體而言。

來自蘇黎世的學(xué)生團隊由來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機器人系統(tǒng)實驗室的博士生Hendrik Kolvenbach領(lǐng)導(dǎo)，他們已經(jīng)在RobotBok工作了一段時間。他們的設(shè)計基于鹿和羚羊(Sprinbok)等動物以及它們在某些情況下如何快速移動。

“不是靜態(tài)行走，至少三條腿始終保持在地面上，動態(tài)行走允許完全飛行階段的步態(tài)，在此期間所有腿都離開地面，”Kolvenbach在新聞稿中說。

過去，建造這些類型的機器人是不可能的。但技術(shù)的進步正在使其發(fā)展成為可能。“由于它們的效率，動物利用動態(tài)步態(tài)，但直到最近，控制所需的計算能力和算法使得在機器人上實現(xiàn)它們具有挑戰(zhàn)性，”Kolvenbach說。

SpaceBok正在模擬月球引力中進行測試。設(shè)計師說SpaceBok可以在月球重力下跳到2米(6英尺)，但它需要一個反作用輪才能安全降落。

當宇航員降落在月球上時，跳躍是對那里低重力的本能反應(yīng)。但對他們來說更容易; 我們?nèi)祟愑凶匀黄胶?。對于機器人來說，這種能力需要精心設(shè)計和內(nèi)置，就像航天器一樣。

“宇航員在月球的六分之一重力下移動本能地采取跳躍。盡管這樣的高度提出了新的挑戰(zhàn)，但SpaceBok的月球重力可能會高達2米。一旦它離開地面，腿式機器人需要穩(wěn)定自己再次安全下降 - 此時基本上表現(xiàn)得像一個迷你宇宙飛船，“團隊成員Alexander Dietsche說。

“所以我們所做的就是利用傳統(tǒng)衛(wèi)星控制其方向的方法之一，稱為反作用輪?？梢酝ㄟ^加速和減速來觸發(fā)SpaceBok本身的平等和相反的反應(yīng)，“團隊成員Philip Arm解釋道。

即使人類和動物能夠自然地跳躍，像SpaceBok這樣的跳躍機器人確實具有一些優(yōu)勢。它可以儲存能量。

“此外，SpaceBok的支腿采用彈簧在著陸時儲存能量并在起飛時釋放能量，大大減少了實現(xiàn)這些跳躍所需的能量，”另一位團隊成員Benjamin Sun補充道。

即使團隊認為SpaceBok可以在月球上跳到2米(6.5英尺)的高度，但他們還沒有。到目前為止，它們在模擬月球重力中達到了1.3(4.2英尺)米的高度。

荷蘭的測試設(shè)施允許團隊模擬不同的重力環(huán)境。在小行星上，機器人可以跳躍甚至超過2米，并且持續(xù)時間更長，但這需要更好的控制來執(zhí)行安全著陸。

在測試過程中，SpaceBok連接到斜軌上。通過改變導(dǎo)軌的傾斜度，測試人員可以模擬不同的重力條件。圖片來源：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院/ ZHAW蘇黎世

另一個測試使用了一個非常平坦的表面，稱為Orbital Robotics Bench for Integrated Technology(ORBIT。)ORBIT可以在二維空間中測試SpaceBok。在該測試中，將機器人放置在其側(cè)面并連接到自由浮動的基座上。然后它在ORBIT上左右反彈，以模擬極小的重力小行星。

SpaceBok在ORBIT側(cè)面安裝。通過用腿支撐膠合板墻，可以模擬像小行星這樣的極低重力物體的性能。

SpaceBok的測試進展順利。但這是在實驗室條件下的所有平坦表面，系留測試。該團隊已經(jīng)在ESA火星場的不平坦表面上進行了一些測試，但它需要更多的測試，必須跳過障礙物。其中一些最終將在戶外完成。