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这个巨大的充气机器人球可以滚入月球最黑暗的陨石坑
RoboBall 专为在普通月球车无法生存的地方翻滚而设计。
来源:ZME科学去年 2 月，一台重 150 公斤的机器人从德克萨斯州的一个泥泞采石场滚下，在岩石和砾石上弹跳，然后继续失控行驶。它没有轮子，没有腿，也没有正面朝上。
它的设计本质上是一个六英尺宽的充气球。
对于德克萨斯农工大学的制造者来说，这个采石场代表着一个远不那么宽容的目的地：月球南极附近陡峭、永久黑暗的陨石坑。他们的 RoboBall III 是一次不同寻常的尝试，旨在解决行星探索中的重大挑战。当传统的漫游车能够将轮子保持在地面上并且身体保持直立时，它们的工作效果最好。但在不平坦的地形中，它们很容易被卡住甚至翻倒。到那时，任务就可以结束了，因为你不能简单地派人或东西来帮助将火星车转回右侧。
球体不能翻倒。
在 IEEE Transactions on Field Robotics 最近发表的一篇论文中，该团队描述了一个任务概念，其中传统的漫游车将把 RoboBall 带到火山口边缘，将其释放到斜坡上，并接收球在小型火箭动力容器中发射回山上的样本。 2025 年的采石场试验展示了受控下降、在松软地形上行驶，甚至是弹道样本返回的初步版本。
“机器人不是使命，”德克萨斯 A&M 机械工程博士 Rishi Jangale 说道。学生告诉 IEEE Spectrum。 “机器人是你完成任务的一种方式。”
为什么要把流动站做成球状？
沙克尔顿陨石坑位于月球南极附近，宽约21公里，深超过4公里。其内部的某些部分永远不会受到阳光直射。正如美国宇航局解释的那样，这种永久阴影区域可能会保存冰冻的水和其他挥发性化合物，这些化合物可能用作未来探险家的科学记录和资源。
现任德克萨斯 A&M 机器人与自动化设计实验室主任的罗伯特·安布罗斯 (Robert Ambrose) 于 2003 年在 NASA 工作时首次构想了 RoboBall。他的两个学生建造了第一个原型，但后来安布罗斯搁置了这个想法，转而专注于为宇航员开发可驾驶的漫游车。当安布罗斯于 2021 年到达德克萨斯农工大学时，他看到了重新点燃自己想法的机会。他现在使用的是 RoboBall 的第三版。
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RoboBall 通过移动其外壳内的钟摆来移动。将摆向前指向，质心移动到球体中心之前，导致球滚动。将其向一侧倾斜，机器人就会转动。在陡峭的下降过程中，钟摆会向上倾斜以减慢机器人的速度。
“这里的美妙之处在于简单，”佐治亚理工学院的航空航天工程师、前 NASA 喷气推进实验室研究员 Hiro Ono（未参与该项目）告诉 IEEE Spectrum。
“NASA 不会让宇航员靠近这些陨石坑，因为如果有人掉进去，你就无法将他们救出来，”Jangale 补充道。 “所以我们想，还有什么形状比球更适合从山上滚下来呢？”
RoboBall 仅使用两个执行器，均受保护在外壳内。密封设计还有助于保护机械免受磨蚀性月球尘埃和锋利岩石的影响。充气的外部也足够柔顺，可以弹跳越过小障碍物。
离月球很远
尽管做出了所有的承诺，RoboBall 还没有看到它的最终测试。
它的球形形状也造成了权衡。 RoboBall 可以覆盖崎岖的地面，但其滚动运动使其不太适合停在一块精确的岩石旁边。一旦工程师密封了机器人，维修就变得很麻烦。
工程师之前就探索过滚动的行星机器人。美国宇航局 (NASA) 在 2000 年代测试了充气式“风滚草”漫游车概念，其中包括旨在吹过火星的大致球形机器。但这些机器人在很大程度上依赖于风，对其路线的控制相对较少。 RoboBall 通过内部摆锤提供自己的推进和转向。
目前的 RoboBall III 重约 150 公斤，扭矩约为早期版本的 2.5 倍，经测试足以爬上约 20 度的斜坡。德克萨斯 A&M 的 RAD 实验室表示，RoboBall III 可以携带约 16 升的仪器、相机或采样设备，大约相当于一个小背包的体积。该实验室目前拥有两台可用的 RoboBall III 原型。
目前的外壳经受住了钢碎片的考验，温度低至 -184 摄氏度（约 -299 华氏度）。但研究人员尚未确定其是否能够承受永久阴影月球陨石坑的严酷极端条件。太空级电子设备的成本将超出目前机器上大约 25 万美元的成本。机器人还需要更大的自主权，这样它就可以在没有人类持续控制的情况下适应斜坡。
“如果电机出现故障或传感器断开连接，你不能只是打开面板。你必须拆开整个机器人并重建。这就像对滚动的球进行心脏直视手术，”研究生德里克·普拉韦切克（Derek Pravecek）说。
月球南极呈现出一种异常恶劣的环境，包括陡峭的斜坡、破碎的地形、深沉的黑暗和极度寒冷。目前，RoboBall 仍然更接近于采石场实验，而不是月球车。该团队仍需证明其外壳、电子设备和控制系统能够在月球的寒冷、灰尘和恶劣地形下生存。
但这个项目很有趣。当地形对于传统漫游车来说变得过于陡峭、松散或危险时，答案可能是停止对抗重力并利用它进行运动。有时候，越过障碍才是正确的出路。