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NASA 实验室推出可折叠机器人 PUFFER,用于复杂地形探险

2024-11-24 205

面对复杂的勘探地形和更小的运动空间,NASA 的科学家进行创新,将着陆器和流动站设计得更轻型化且可折叠。在加州的帕萨迪纳 NASA 喷气推进实验室,工程师一直尝试尽可能将更小的机器人载入更小的空间。近日他们展示了最新的作品 PUFFER──一个平面折叠浏览器机器人。在需要的时候,它可以折叠成它近于平面形状进行移动,然后在空间充足的地方又可回复形状,以此来实现到达一般机器人不可达到的地方。

这样一来,就可以将很多个 PUFFER 机器人打包装进火星车一次性将它们送到火星或任何地方,并且它可以进入传统大体积的流动车进不了的地方,它既可以沿沙丘爬行,也可以在火山口峭壁上攀行,还可以探索空间较小的小角落。

这也带来了其他潜在可能性,当可同时发射几个机器人进入工作地时,这意味着可以考虑设定几台机器合作的可能性,甚至可以让机器人在范围内相互“帮助”进行科学探测和工作。

令人激动的是,PUFFER 将可把过去几年看到最酷的机器人研究带入实际应用领域。之前谈论的折纸机器人等大多停留在抽象阶段,想像它们在某种程度上有助于救灾或勘探,但未进入实际应用层面。NASA 喷气推进实验室正在思考如何用 PUFFER 技术在地球之外的真实世界中做一些有用的事。

专案负责人 Jaakko Karras 曾是加州大学伯克莱分校的 Biomimetic Millisystems 实验室研究生,PUFFER 最初来自他进入 NASA 喷气推进实验室后为可折叠机器人设计的智慧复合微架构,他发现这些技术可以用在一些小型行星飞行器上,之后实验室与 Ron Fearing 团队合作完成 PUFFER 机器人的大部分设计。

Jaakko Karras 表示,可折叠设计在可靠性和耐用性方面会带来的好处和挑战。PUFFER 折叠底盘具有很大的弹性和合规性,它可以使机器人从高处摔落却保持完好,车轮通常是下落时第一个接触点,可折叠变形的轮子相比普通轮子更能缓冲避震,有更强的耐撞击性。设计面临的最大挑战之一就是弯曲铰链的耐久性,这些弯曲铰链需要由薄而柔软的材料制成,但会容易产生撕裂和疲劳引起的裂纹;连线机箱不同部分的弯曲铰链上铜迹线,也必须采取预防措施以确保它们能够满足期望的折叠展开次数。针对此,团队将符合标准且耐撕裂的折叠式弯曲物制作材料 Nomex 织物层层压到刚性柔性 PCB 上,并将其用做挠曲材料。

根据具体的工作概念,PUFFER 的大小可以自行改变。在需要承载更大的仪器、更多的电池或太阳能电池板来得到更多能量供给,或地形需要较大车轮进行离地间隙移动时,可以用更大 PUFFER 的大小;当然当工作需要缩小 PUFFER 体积时它也可变小。柔性 PCB 底盘可实现较容易的延伸以适应广泛的场域。

目前 PUFFER 的原型是针对火星地形设计的,该团队正在最佳化这些类别表面的车轮设计。最近,团队添加微型特征到 PUFFER 的车轮(灵感来自各种攀爬机器人),并且在与更多通用车轮设计相结合的情况下,其火星模拟测试地形的倾斜效能也提高。由于 PUFFER 将针对具体工作自订,因此最佳化目标地形的移动功能是有意义的。对于目前的计划,团队表示将在拥有 PUFFER 原型硬件的基础上开始研究自主软件,使中国太空站能排程和协调丛集机器人协同工作。

(本文由 36Kr 授权转载;首图来源:NASA JPL)

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