在美国航空航天局（NASA）的喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory，JPL），一个名为地外生物学现存生命探测器（Exobiology Extant Life Surveyor，EELS）的蛇形机器人正在接受测试。该机器人能够自主绘制地图、穿越和探索以前无法到达的目的地，而无须人类实时操作。
想象一下，如果你需要创建一款机器人，让它能够自主探索之前未曾涉足的地方，你会怎么做？NASA喷气推进实验室的团队正在开发一种能够穿越极端地形的多功能机器人，团队正以创业公司的精神迎接这一挑战： 快速构建、频繁测试、学习、调整、循环往复。
4月的时候，EELS在喷气推进实验室的火星场的沙地上进行测试。工程师们在各种地形上反复测试这个蛇形机器人，包括沙地、雪地和冰面。 图片来源：NASA/JPL-Caltech为了能在土卫二恩克拉多斯（Enceladus）冰壳下的海洋中探寻可能存在的生命痕迹，这个名为EELS的自推进式机器人应运而生，它将降落至恩克拉多斯表面的狭窄裂缝处，也就是向太空中喷射着间歇泉（geyser）的位置。尽管测试和开发工作仍在继续，但针对这项如此具有挑战性目标的任务，EELS机器人已经表现出了高度的适应性，它可以在地球、月球和更远的地方选择出安全的运行路线，包括连绵起伏的沙地和冰地、悬崖峭壁、对漫游车来说过于陡峭的陨石坑、地下熔岩管道和冰川内部迷宫般的空间。
(资料图片仅供参考)
“EELS有能力去到其他机器人不能到达的地方。虽然有些机器人更擅长某种特定的地形，但设计EELS的目的是让它应对各种各样的场景。”喷气推进实验室EELS项目负责人马修·罗宾逊（Matthew Robinson）在接受采访时说道，“当你想要探索那些未知的地方时，你须要派去一个多功能、有风险意识的机器人，它能够适应不确定性，并且自己做出决策。”
喷气推进实验室设计的地外生物学现存生命探测器（EELS），将作为一个自主蛇形机器人，降落在土星卫星恩克拉多斯冰壳上的狭窄裂缝处，探索隐藏在下面的海洋。目前，团队已经对原型机进行了测试，目的是让EELS为各种环境做好准备。
视频来源：NASA/JPL-Caltech
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项目团队自2019年开始建造第一个原型，并一直在不断地进行优化。自2022年以来，他们每个月都会进行实地测试，完善硬件和软件，使得EELS能够自主运行。目前的机器人版本名为EELS 1.0，重约100公斤，长4米，由10个相同的部分组成，这些组成部分可以旋转，使用螺纹进行推进、牵引和抓握。项目团队一直在尝试各种“螺丝”： 在较松散的地形上测试时，用到的是白色的、直径20厘米的3D打印塑料螺丝，而在冰面上测试时，用的则是更细、更尖锐的黑色金属螺丝。
该机器人已经在沙地、雪地和冰雪环境中进行了测试，从NASA喷气推进实验室的火星场（Mars Yard），到美国南加州雪山滑雪场中所建设的“机器人游乐场”（ robot playground），甚至还有当地的室内溜冰场。
推动EELS行进，同时提供牵引力和抓地力的螺丝们，在喷气推进实验室里一字排开。最左边的是黑色的铝制螺丝，用于在冰上的测试，其余的3D打印塑料螺丝具有不同的长度、导角、螺纹高度和边缘锋利度，已经在较松软的雪地和沙地上进行了测试。 图片来源：NASA/JPL-Caltech“我们的机器人开发理念与传统的航天器不同，有许多快速的测试和纠正周期。”喷气推进实验室的EELS首席研究员小野雅裕说道，“关于如何设计四轮机器人的教科书有几十本之多，但没有任何一本教科书介绍了如何设计一个可以去探索任何先前无法到达的地方的自主蛇形机器人。我们必须自己来编写，这正是我们现在正在做的事情。”
EELS如何思考和行动
由于地球和深空之间存在时间上的通信滞后，EELS被设计成了一种能自主感知所处环境、计算风险、行进的机器人，还会使用目前尚未确定的科学仪器来收集数据。项目团队的目标是，当出现问题时，EELS机器人能在没有人类协助的情况下自行恢复。
2022年9月，喷气推进实验室的EELS团队成员将机器人的传感器头放入加拿大不列颠哥伦比亚省阿萨巴斯卡冰川（Athabasca Glacier）上一个名为“冰体壶穴”（moulin）的垂直井中，这个传感器头使用激光雷达和立体相机来绘制环境信息。项目团队将在2023年和2024年返回同一位置，用完全版的蛇形机器人进行额外的测试。 图片来源：NASA/JPL-Caltech“想象一下，一辆汽车正在自主驾驶，但没有停车标志，没有交通信号，甚至没有任何道路。EELS机器人必须弄清楚路在哪儿，然后试图沿着它行进。”该项目的自主性负责人罗汉·塔克（Rohan Thakker）说，“然后，它须要安全下行落差30米的高度，确保不会掉下去。”
在创建周围环境的三维地图时，EELS使用到了四对立体摄像机和激光雷达（lidar），激光雷达类似于雷达，只不过采用的是短激光脉冲而不是无线电波。通过这些传感器的数据，导航算法可以找出最安全的前进路径。团队的目标是建立一个“步态”数据库，或者说是机器人应对地形挑战的移动方式，从蛇行，到自我盘绕（团队称之为“香蕉”。
在最终版本中，EELS机器人将包含48个致动器，本质上也就是小型电机，这些致动结构让它能够灵活地承担多种配置，但对硬件和软件团队来说，这也增加了复杂性。塔克将这些致动器比作“48个方向盘”，它们中的许多都有内置的力矩感应，就好像EELS的皮肤，让它可以感觉到自己对地形施加了多少力，这有助于它在表面不平坦的狭窄滑道中垂直移动，同时能自主地像攀岩者一样给相对的内壁施加推力。
2022年，当EELS团队将机器人的传感器头放入加拿大不列颠哥伦比亚省阿萨巴斯卡冰川（Athabasca Glacier）上一个名为“冰体壶穴”（moulin）的垂直井中，他们体验到了这些空间的挑战性。阿萨巴斯卡冰川在许多方面类似于太阳系的冰质卫星，今年9月，项目团队将带着一个用于测试地下活动能力的机器人版本返回这个这个地方，投放一个小型传感器套件，用于监测冰川的化学和物理特性，最终，EELS会将这个传感器套件部署到远程的站点。
“到目前为止，我们的重点是自主能力和移动性，但最终我们将研究我们可以将哪些科学仪器与EELS结合起来。”罗宾逊说，“科学家们告诉我们他们想去哪里，他们最感兴趣的是什么，而我们将提供一个机器人，让他们能够到达那些地方。怎么做？就像创业公司一样，我们须要做的就是建造它。”
EELS项目的更多相关信息
EELS是由位于美国南加州NASA喷气推进实验室的技术注入和战略办公室（Office of Technology Infusion and Strategy）通过一个名为“JPL Next”的技术加速器计划资助的。喷气推进实验室由位于加州帕萨迪纳的加州理工学院（Caltech）为NASA管理。EELS团队在该项目上与一些大学合作伙伴建立了合作，包括亚利桑那州立大学（Arizona State University）、卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）和加州大学圣地亚哥分校（University of California, San Diego）。该机器人目前不是NASA任何任务的一部分。
原文链接： https://www.jpl.nasa.gov/news/jpls-snake-like-eels-slithers-into-new-robotics-terrain
