机器人团队月球探测之旅

原创 | 文 BFT机器人

人类在月球上开采和使用原材料指日可待。各种太空机构，例如欧洲航天局（ESA），已经在着手计划这项任务，以便更好地探索地球卫星和寻找矿物。而任务的实施则需要适合的勘探工具。

来自苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的瑞士研究人员当前尝试付诸实践的想法是，在月球探索之旅中，除了要发射一个单独的探测器来开展探索之旅，还要派出整个飞行器和飞行设备团队来互补。

基于此想法，研究人员为三个ANYmal（ETH开发的一种有腿机器人）配备了一系列测量和分析仪器，这些仪器很大程度上能使它们在未来成为合适的勘探设备。利用这类仪器，他们在瑞士和卢森堡的欧洲太空资源创新中心（ESRIC）的不同地形上对这些机器人进行了测试，以期达到提高机器人性能的目的。

因此在几个月前，瑞士团队与德国同事一起赢得了欧洲月球探测机器人比赛的冠军。而比赛的内容就包括在以月球表面为模型的测试地点寻找和识别矿物。由此可见，上述研究人员进行的测试和改进颇有成效。在最新一期的《科学机器人》杂志上，科学家们详细描述了他们是如何使用机器人团队来探索未知的地形。

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故障保险

“使用多个机器人有两个优势，”ETH教授Marco Hutter领导的研究小组博士生Philip Arm解释说，“单个机器人可以承担专业任务并同时执行它们。此外，由于其冗余性，机器人团队能够弥补队友的失败。在这种情况下，冗余意味着重要的测量设备安装在多个机器人上。换句话说，冗余和专业化是对立的目标。要想获得两者的好处，关键是要找到适当的平衡。”

苏黎世联邦理工学院、巴塞尔大学、伯尔尼大学和苏黎世大学的研究人员通过为两个有腿机器人配备专家来解决这个问题。其中一个机器人被编程为特别擅长绘制地形图和对地质进行分类。它使用了一台激光扫描仪和几台摄像机（其中一些具有光谱分析功能），收集有关岩石矿物成分的初步线索。另一个专业机器人被教导使用拉曼光谱仪和显微镜相机精确识别岩石。

第三个机器人是多面手：它既能绘制地形图，又能识别岩石，这意味着它比专家有更广泛的任务范围。然而，它的设备意味着它可以以较低的精度执行这些任务。Arm说：“这使得任何一个机器人在出现故障时都有可能完成任务。”

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组合是关键

在ESRIC和ESA空间资源挑战赛上，评审团特别印象深刻的是，研究人员在他们的探索系统中建立了冗余，使其能够适应潜在的故障。作为奖励，来自卡尔斯鲁厄FZI信息技术研究中心的瑞士科学家和他们的同事获得了一份为期一年的研究合同，以进一步开发这项技术。除了有腿机器人，基于FZI研究人员在使用这类机器人的经验，这项工作还将涉及带轮子的机器人。

“像ANYmal这样的有腿机器人在岩石和陡峭的地形中可以很好地应对，例如在爬入火山口时，Hutter教授小组的资深科学家Hendrik Kolvenbach解释说，在这种情况下，带轮子的机器人处于劣势，但它们可以在不太具有挑战性的地形上更快地移动。因此，对于未来的任务，将运动模式不同的机器人组合在一起是有意义的。飞行机器人也可以加入队伍。

研究人员还计划让机器人更加自主。目前，所有来自机器人的数据都流入一个控制中心，在那里操作员将任务分配给各个机器人。在未来，半自动机器人可以直接相互分配某些任务，并为操作员提供控制和干预选项。

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