机器人团队探月之旅

在月球上，人类有一天可以开采和使用原材料。欧洲航天局(ESA)等各种航天机构已经在计划更好地探索地球卫星和寻找矿物的任务。这需要适当的勘探工具。由苏黎世联邦理工学院领导的瑞士研究人员现在正在追求的想法是，不仅派遣一个单独的漫游车进行探索之旅，而是派遣一整队相互补充的车辆和飞行设备。

研究人员为三台 ANYmal(ETH 开发的一种腿式机器人)配备了一系列测量和分析仪器，这可能使它们成为未来合适的勘探设备。他们在瑞士和卢森堡的欧洲空间资源创新中心(ESRIC)的不同地形上测试了这些机器人。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竞赛。比赛涉及在仿照月球表面的测试场地上寻找和识别矿物。在最新一期的《科学机器人》杂志上，科学家们描述了他们如何使用机器人团队探索未知地形。

失败保险

“使用多个机器人有两个优点，”苏黎世联邦理工学院教授 Marco Hutter 领导的研究小组的博士生 Philip Arm 解释道。“单个机器人可以承担专门的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，冗余和专业化是相反的目标。“要获得两者的好处，就需要找到适当的平衡点，”Arm 说。

苏黎世联邦理工学院以及巴塞尔大学、伯尔尼大学和苏黎世大学的研究人员通过装备两个有腿机器人作为专家解决了这个问题。一款机器人被编程为特别擅长绘制地形图和地质分类。它使用激光扫描仪和几台相机(其中一些能够进行光谱分析)来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：它既能够绘制地形图，又能够识别岩石，这意味着它比专家拥有更广泛的任务。然而，它的设备意味着它可以以较低的精度执行这些任务。“如果任何一个机器人出现故障，这使得完成任务成为可能，”Arm 说。

组合是关键

在 ESRIC 和 ESA 太空资源挑战赛上，评审团印象特别深刻的是，研究人员在他们的探索系统中建立了冗余，以使其能够应对潜在的故障。作为奖励，瑞士科学家及其来自卡尔斯鲁厄 FZI 信息技术研究中心的同事获得了为期一年的研究合同，以进一步开发这项技术。除了腿式机器人外，这项工作还将涉及带轮子的机器人，这是建立在 FZI 研究人员使用此类机器人的经验基础上的。

“像我们的 ANYmal 这样的腿式机器人能够很好地应对岩石和陡峭的地形，例如爬进火山口时，”Hutter 教授团队的高级科学家 Hendrik Kolvenbach 解释道。带轮子的机器人在这种情况下处于劣势，但它们可以在挑战性较小的地形上移动得更快。因此，对于未来的任务，将运动模式不同的机器人结合起来是有意义的。飞行机器人也可以加入到团队中。

研究人员还计划让机器人更加自主。目前，来自机器人的所有数据都流入控制中心，操作员将任务分配给各个机器人。未来，半自主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。