ESA SpaceBok機(jī)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(cè)試和開發(fā)他們的跳躍式探索機(jī)器人。該機(jī)器人被稱為SpaceBok，設(shè)計(jì)用于在月球或小行星等低重力體上運(yùn)行。它基于“動(dòng)態(tài)步行”的概念，這是地球上的動(dòng)物使用的東西。

像精神，機(jī)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(dá)的。由于小型跳躍機(jī)器人MASCOT向我們展示了小行星Ryugu的表面，跳躍機(jī)器人可以提供一些東西。

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

當(dāng)宇航員抵達(dá)月球時(shí)，他們很快發(fā)現(xiàn)跳躍是一種自然的移動(dòng)方式。低重力使其成為一種有效的推進(jìn)方式，至少對(duì)于低質(zhì)量的機(jī)體而言。

來自蘇黎世的學(xué)生團(tuán)隊(duì)由來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的博士生Hendrik Kolvenbach領(lǐng)導(dǎo)，他們已經(jīng)在RobotBok工作了一段時(shí)間。他們的設(shè)計(jì)基于鹿和羚羊(Sprinbok)等動(dòng)物以及它們?cè)谀承┣闆r下如何快速移動(dòng)。

“不是靜態(tài)行走，至少三條腿始終保持在地面上，動(dòng)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(jī)器人是不可能的。但技術(shù)的進(jìn)步正在使其發(fā)展成為可能。“由于它們的效率，動(dòng)物利用動(dòng)態(tài)步態(tài)，但直到最近，控制所需的計(jì)算能力和算法使得在機(jī)器人上實(shí)現(xiàn)它們具有挑戰(zhàn)性，”Kolvenbach說。

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

當(dāng)宇航員降落在月球上時(shí)，跳躍是對(duì)那里低重力的本能反應(yīng)。但對(duì)他們來說更容易; 我們?nèi)祟愑凶匀黄胶?。?duì)于機(jī)器人來說，這種能力需要精心設(shè)計(jì)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(dòng)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(huì)高達(dá)2米。一旦它離開地面，腿式機(jī)器人需要穩(wěn)定自己再次安全下降 - 此時(shí)基本上表現(xiàn)得像一個(gè)迷你宇宙飛船，“團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)成員Philip Arm解釋道。

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

“此外，SpaceBok的支腿采用彈簧在著陸時(shí)儲(chǔ)存能量并在起飛時(shí)釋放能量，大大減少了實(shí)現(xiàn)這些跳躍所需的能量，”另一位團(tuán)隊(duì)成員Benjamin Sun補(bǔ)充道。

即使團(tuán)隊(duì)認(rèn)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?cè)谀M月球重力中達(dá)到了1.3(4.2英尺)米的高度。

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

在測(cè)試過程中，SpaceBok連接到斜軌上。通過改變導(dǎo)軌的傾斜度，測(cè)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(gè)測(cè)試使用了一個(gè)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(cè)試SpaceBok。在該測(cè)試中，將機(jī)器人放置在其側(cè)面并連接到自由浮動(dòng)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(cè)試進(jìn)展順利。但這是在實(shí)驗(yàn)室條件下的所有平坦表面，系留測(cè)試。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在ESA火星場(chǎng)的不平坦表面上進(jìn)行了一些測(cè)試，但它需要更多的測(cè)試，必須跳過障礙物。其中一些最終將在戶外完成。