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探索月球陨石坑的最佳方式是巨型机器人球
天气好的时候，德克萨斯州中部的采石场距离月球约 370,000 公里（230,000 英里）。但去年 2 月，当 Rishi Jangale 看着他的 1.8 米宽、150 公斤重的充气机器人毫不费力地在岩石、砾石和湿粘土上滚动时，他的想象力将采石场变成了月球表面。Jangale 是一位乐观的机械工程师，即将在德克萨斯州大学城的德克萨斯 A&M 大学完成博士学位。他和他的实验室伙伴已经为这个大棕褐色“RoboBall”工作了大约五年。他们的目标是：创造一种能够探索太阳系中一些最难以到达的地形的飞行器，例如月球南极 21 公里宽的沙克尔顿陨石坑。沙克尔顿陨石坑深 4 公里，内部有许多更小、更深的陨石坑。陨石坑的某些部分永远见不到太阳，在这些永远黑暗、寒冷的区域里隐藏着行星科学家长期以来一直在努力研究的神秘物质，包括古代月球地质层和可能支持未来月球基地的冰冻水储存。“月球就像地球上发生过的事情的档案，”伦敦自然历史博物馆的宇宙矿物学家萨拉·拉塞尔说，她没有参与德克萨斯农工大学的工作。 “机器人收集工作非常出色，很高兴看到在这种情况下进行更多探索。”“NASA 不会让宇航员靠近这些陨石坑，因为如果有人掉进去，你将无法救援
来源:IEEE Spectrum _机器人天气好的时候，德克萨斯州中部的采石场距离月球约 370,000 公里（230,000 英里）。但去年 2 月，当 Rishi Jangale 看着他的 1.8 米宽、150 公斤重的充气机器人毫不费力地在岩石、砾石和湿粘土上滚动时，他的想象力把采石场变成了月球表面。
Jangale 是一位乐观的机械工程师，即将在位于德克萨斯州大学城的德克萨斯 A&M 大学获得博士学位。他和他的实验室伙伴已经为这个大棕褐色“RoboBall”工作了大约五年。他们的目标是：制造一种能够探索太阳系中一些最难以到达的地形的飞行器，例如月球南极 21 公里宽的沙克尔顿陨石坑。
沙克尔顿陨石坑深 4 公里，内部有许多较小、更深的陨石坑。陨石坑的某些部分永远见不到太阳，在这些永远黑暗、寒冷的区域里，隐藏着行星科学家长期以来一直在努力研究的神秘物质，包括古代月球地质层和可能支持未来月球基地的冰冻水库。
“月球就像是地球上所发生事件的档案馆，”伦敦自然历史博物馆的宇宙矿物学家萨拉·拉塞尔 (Sara Russell) 说道，她并未参与德克萨斯农工大学的工作。 “机器人收集工作非常出色，很高兴看到在这方面得到更多探索。”
“美国宇航局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 说。 “所以我们想：还有什么形状比球更适合从山上滚下来呢？”在最近发表在 IEEE Transactions on FieldRobotics 上的一篇论文中，Jangale 的团队报告了 RoboBall（一项假设的月球任务）的设计，以及在德克萨斯州采石场进行的初步测试的结果。
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RoboBall 是 Jangale 的顾问、前 NASA 机器人工程师 Robert Ambrose 的创意，他于 2003 年首次构思了该设计。
安布罗斯认为，球可以解决机器人在月球地形上面临的恼人的移动问题，特别是在低重力条件下：翻倒。充气球体不仅不会翻倒，而且其形状因素也能使其内部组件与锋利的岩石、灰尘隔绝，而且温度波动很大，从阳光照射处的 93°C 以上到月球陨石坑内阴凉处的 -240°C。安布罗斯想象了一辆轮式漫游车停在火山口边缘，并释放了一个 RoboBall 来探索其深处。与小型系留漫游车不同，RoboBall 不会自动滚回地面。但如果没有任何附加条件，它将有更大的范围来收集地质样本，然后能够用小型火箭将它们发射回陨石坑外的火星车。
机器人漫游车将运送 RoboBall 穿过月球表面到达火山口边缘。 Jangale，D. Pravecek，等人。
NASA 已经 50 多年没有将月球样本带回地球了。月球地质学的一些碎片以陨石的形式到达了地球，但拉塞尔表示，这些碎片缺乏“黄金标准”的实地工作——关于样本实际来源的背景信息。即使美国宇航局重新启动其载人登月任务，许多月球地点仍然无法进入。
2022 年，Ambrose 的实验室完成了概念验证，即 0.5 米宽的 RoboBall II。创造全尺寸的 RoboBall III 花了大约 11 个月的时间。 “我们制造这些机器人的速度非常快，”Jangale 说。 “安布罗斯确实鼓励我们使用和破坏这些机器人。”设计确实出了差错。 Jangale 记得软件错误和传动系统在最初的测试中被证明太弱而无法在柔软的颠簸上滚动。
德克萨斯 A&M RAD 实验室/YouTube
如何减慢滚动速度
RoboBall 通过移动其外壳内的摆锤来驱动，从而改变其整个质心。在平坦的地面上，如果摆臂指向前方，外壳就会向前滚动进行补偿，只要摆锤的质心保持在球中心的前面，RoboBall 就会继续向前滚动。如果钟摆向左或向右倾斜几度，RoboBall 就会向左或向右转向以进行匹配。 “机器人想要去你摆锤指向的地方，”Jangale 说。这个 340 磅重的球足够柔软，可以在崎岖不平的障碍物上轻轻弹跳，但其轻微的超压使其相对坚固。在陡峭的斜坡上，这种机制还可以让球通过简单地调整摆锤上坡的角度来控制其下坡速度。
“这里的美妙之处在于简单，”航空航天工程师 Hiro Ono 说道，他在加入佐治亚理工学院之前在 NASA 喷气推进实验室从事机器人移动工作 13 年。对于太空机器人，小野描述了执行器数量的简单性。 RoboBall 只有两个，并且都完全位于外壳内，免受灰尘等环境风险因素的影响，小野将这一功能描述为“独特”。
在第一次采石场测试之后，团队花了大约七个月的时间设计和建造了升级版的 RoboBall III，其扭矩增加了 2.5 倍，足以使其飞过小障碍物并滚上 20 度的斜坡。
小型火箭可以从 RoboBall 中心发射，将样本返回到陨石坑外的流动站。 Jangale，D. Pravecek，等人。
做好任务准备
在新论文中，远程操作的 RoboBall III 降落在采石场的斜坡上，在松软的地形上行驶，并用小型火箭将假设的有效载荷从火山口发射回。机器人由一块大电池供电，在执行月球任务时，它会自行充气，并通过位于陨石坑边缘的机器人漫游车充电，然后自行出发。
RoboBall 可能不是适合所有类型任务的平台 - 它有点笨拙的性质意味着，例如，如果您想从非常特定的岩石中收集样本，它就不是理想的选择。目前，该团队希望与科学家合作，设计月球科学仪器，使其在物理上适合 RoboBall 随身行李大小的内部空间，同时也适应 RoboBall 的运作方式。 “机器人不是使命，”Jangale 说。 “机器人是你完成任务的一种方式。”
当前版本的 RoboBall 的建造成本约为 250,000 美元，但目前的形式还没有完全准备好登上月球。虽然其经过金处理的铝制部件适合太空任务，但其他材料则不然。太空级电子设备的成本会更高，而球的外壳由足够坚韧的材料制成，可以滚动钢片并承受-184°C的温度，从未在月球极端条件下进行过评估。除了材料问题外，该团队还计划对球进行设计，以适应其在不同坡度上自主行驶的方式。他们还希望与政府机构或航天承包商合作，不断完善机器人的设计，以实现真正的最终任务。
今年晚些时候，德克萨斯农工大学将在休斯敦开设一个新设施，拥有世界上最大的室内模拟月球和火星景观。该设施距离 Jangale 采石场仅 190 公里。虽然距离月球仍有大约 370,000 公里，但这将帮助 Jangale 让他的机器人更接近月球。
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