美国国家航空航天局的机器人自组装结构可能是太空建筑的下一个阶段

AI7号 2024-01-18 2158

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如果你想移居月球或火星,有个不太好的消息是:住房有点难找。幸运的是,一如既往,美国国家航空航天局(NASA)正在提前思考,并展示了一种自组装机器人结构,可能成为离开地球的关键部分。

今天在《科学机器人学》杂志上发表的一篇论文中,来自NASA埃姆斯研究中心的研究员描述了他们所称之为“自我重编程机械元材料”的创建和测试过程,也即是一种能够自行构建建筑物的高精度方式。它的不可避免的首字母缩写是“自动重配置任务适应数字装配系统(ARMADAS)”。

“我们认为这种建筑技术可以广泛用于许多常见应用。”主要作者克里斯汀·格雷格告诉TechCrunch。“在短期内,我们的方法具有强大的自主性和轻质结构,非常适用于贫瘠环境中的应用,如月球表面或空间。这包括在宇航员到达之前,月球表面建筑通信塔和避难所的建设,以及在轨道上的结构,如伸缩臂和天线。”

自建结构的基本理念是在建筑材料(他们称之为体素的立方体框架)和组装它们的两种机器人之间形成巧妙的协同作用。

一种类型的机器人使用两条腿沿着表面行走,仿佛受到我们自身生物学运输分子肌动蛋白的启发,它像背包一样携带着一个体素。当体素放置好后,一个类似蠕虫的固定机器人从框架中滑动过去,将可逆的连接点紧固起来。它们都不需要强大的感应系统,并且它们的工作方式意味着不需要高精度。

在这篇帖子的大部分图像中,你可以看到一对行走器和一个紧固器蠕虫。这是一个运输行走器将一个体素交给一个放置行走器,而下面潜伏着等待前去锁定框架位置的紧固器机器人。

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这些构件的形状使它们能够以不同角度相连接,并且保持良好的结构强度。你可能不希望把石块堆放在由这些构件制成的圆顶上面,但它们非常适合作为一种基础,用来增加绝缘层和密封物质,打造一个住所。

“我们认为这种建筑类型特别适用于长时间和/或非常大型的基础设施,包括栖息地、仪器设备或轨道或月球表面上的任何其他基础设施(例如公用事业塔、飞行器着陆设施)。”合著者Kenneth Cheung表示。“对我们来说,这些结构和所有机器人系统都是可以在空间和时间上进行优化的资源。看起来总会有一些情况下,最优选择是只保留结构(并可能定期用机器人进行巡视检查),所以我们从这一点开始。”

格雷格指出,这些部件也可以在现场进行组装。

“体素可以由许多不同材料和制造工艺制成。最终,对于太空应用,我们希望能够利用月球或其他行星上的在场材料制造体素。”

当然,这些展示机器人在工作的视频被高度加播了,但与在工厂或人行道上的工作不同,在太空或另一个星球的表面建造东西时,并非速度是最重要的因素。

张先生表示:“我们的机器人可以比本文中显示的更快地工作,但是我们并没有将其视为实现主要目标的关键。从根本上讲,使这个系统更快的方法是使用更多的机器人。”他继续说道:“扩展性的总体策略(包括速度和规模)是将规模复杂性转移到算法中,用于计划和调度,以及检测故障和进行修复。”

实验室开发的机器人花了总共4.2天的时间,将256个体素组装成了一个可用的避难所结构。以下是该过程的开始阶段(再次强调,并非实际时间):

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如果我们提前一年将它们送往火星或月球,并且没有船员在前,他们可以在多余时间里建造十几个两倍大小的这样的结构物。或者他们可以事后固定必要的壁板并将其密封起来——这超出了今天发表的论文的范围,但显而易见,这是下一步的明显步骤。

尽管在这个实验室环境中,机器人们都有连接电源的线缆,但它们的设计考虑到了电池操作或现场电力供应。特快螺丝机器人已经采用了电池供电,研究人员正在考虑在任务间甚至任务进行期间如何保持步行机器人的电量充足。

“我们设想机器人可以在电力站自主充电,甚至可能通过无线方式传送电力。正如你所提到的,电力也可以通过结构本身进行路由,这对于装备结构以及为机器人供电可能非常有用,”格雷格说道。

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机器人的各个版本已经在太空中飞行并在微重力环境中工作过,所以在这方面没有任何问题需要担心。原则上,它们没有任何阻碍在非地球重力环境中工作,比如月球的重力。尽管如此,这只是个开始——就像揭示2x4和钉子的存在一样。在这篇NASA新闻文章中,还有更多关于机器人潜力以及它们可能构建的概念示意图。

“基于我们对第一版机器人的经验教训,我们实验室环境中的下一代机器人将变得更加快速和可靠。我们非常关注各种不同类型的构件如何能够集成到结构中,以提供功能装备。” Gregg说道。

同样,学者们将继续对使用一群机器人的结构进行研究,而不仅仅是少数几个;一个简陋的避难所可能需要两个步行机器人四天的时间,但是一个十倍大的结构可能需要一百倍长的时间。但是众多机器人的帮助可以使工作变得轻松。

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