麻省理工學院:混合搭配套件可以讓宇航員建立一個月球探測機器人動物園
機器人部件可以組裝成用于探索熔巖管的敏捷蜘蛛機器人或用于運輸太陽能電池板的重型大象機器人。
當宇航員開始在月球上建立基地時，正如美國宇航局計劃在未來幾年所做的那樣，他們將需要幫助。機器人有可能通過鋪設電纜、部署太陽能電池板、架設通訊塔和建造棲息地來完成繁重的工作。但是，如果每個機器人都是為特定的動作或任務而設計的，那么月球基地可能會被機器動物園淹沒，每個機器都有自己獨特的部件和協議。
為了避免機器人的瓶頸，麻省理工學院的一個工程師團隊正在設計一套通用機器人部件，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器人“種類”以適應月球上的各種任務。一旦任務完成，機器人就可以被拆卸下來，其部件可以用來配置新的機器人來完成不同的任務。
該團隊稱該系統為 WORMS，即步行低聚機器人移動系統。該系統的部件包括受蠕蟲啟發的機器人肢體，宇航員可以輕松地將其固定在底座上，并作為行走機器人協同工作。根據任務的不同，零件可以配置為構建大型“背包”機器人，這些機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器人，這些機器人可以降低到熔巖管中以鉆取冰凍水。
麻省理工學院航空航天系 (AeroAstro) 的博士研究生兼研究生講師、團隊負責人 George Lordos 說：“你可以想象月球上有一個棚子，上面放著幾架蠕蟲?！彪姍C、傳感器、計算機和電池。“宇航員可以進入棚子，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。該設計靈活、可持續且具有成本效益。”
Lordos 的團隊建造并展示了一個六足 WORMS 機器人。上周，他們在 IEEE 的航空航天會議上展示了他們的成果，他們還獲得了該會議的論文獎。
MIT 團隊成員包括 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·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，以及卡內基梅隆大學的 Chiara Rissola 和丹佛大學的 Wendell Chun。
動物本能
WORMS 于 2022 年被設想為對 NASA 的突破、創新和改變游戲規則 (BIG) 創意挑戰賽的回應——一項旨在讓大學生設計、開發和展示改變游戲規則的想法的年度競賽。2022 年，NASA 向學生提出挑戰，要求他們開發無需使用輪子即可穿越極端地形的機器人系統。
麻省理工學院空間資源工作室的一個團隊 接受了挑戰，專門設計一種可以在月球南極的極端地形中航行的月球機器人——一個以厚厚、蓬松的塵埃為標志的景觀；陡峭的巖石斜坡；和深熔巖管。該環境還擁有可能含有冰凍水的“陰影”區域，如果可以進入，這對于維持宇航員的生命至關重要。
當他們考慮如何在月球的極地地形中航行時，學生們從動物身上獲得了靈感。在他們初的頭腦風暴中，他們注意到某些動物在概念上可能適合某些任務：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備，同時相互扶持下陡坡，還有一只山羊，被拴住對一頭牛來說，在它運送一組太陽能電池板時，可以幫助將更大的動物帶到山坡上。
“當我們想到這些動物靈感時，我們意識到簡單的動物之一蠕蟲會做出與手臂、腿、脊椎或尾巴類似的運動，”副組長兼 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物為靈感的機器人?！?/span>
扣上，扣下
希臘的 Lordos 幫助創造了 WORMS，并選擇了字母“O”來代表“oligomeric”，在希臘語中表示“幾個部分”。
“我們的想法是，只需幾個部分，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器人，”AeroAstro 本科生 Brooke Bensche 說。
該系統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”通過扭鎖機制將兩個部分扣在一起。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，例如團隊設計成炒鍋形狀的“鞋子”，以及可以映射周圍環境以幫助機器人導航的 LiDAR 系統。
“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。
該團隊開發了可以定制以協調多個附屬物的軟件。作為概念驗證，該團隊制造了一個大小與手推車差不多的六足機器人。在實驗室中，他們展示了一旦組裝好，機器人的獨立四肢就能在水平地面上行走。該團隊還表明，他們可以在加利福尼亞州的沙漠現場快速組裝和拆卸機器人。
在代，每個 WORMS 附肢長約 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，每個肢體重約 3 磅，宇航員可以輕松地在野外組裝或拆卸機器人。該團隊已經為具有更長和稍重的附件的更大一代制定了規格。這些較大的部件可以拼接在一起，構建“打包”機器人，能夠運輸重物。
“有許多流行語用于描述未來太空探索的有效系統：模塊化、可重構、適應性強、靈活、交叉等，”NASA 蘭利研究中心的工程師凱文·肯普頓說，他曾擔任2022 年 BIG 創意挑戰賽的評委。“麻省理工學院的 WORMS 概念融合了所有這些品質以及更多?！?/span>
這項研究得到了美國航空航天局、麻省理工學院、馬薩諸塞州太空基金、科學基金會以及房利美和約翰赫茲基金會的部分支持。
