一个团队胜过各部分的总和——三个有腿的机器人在瑞士的一个采石场进行测试。Credit:苏黎世联邦理工学院/ Takahiro Miki
月球蕴藏着人类最终可能开采和利用的未开发资源。欧洲航天局(ESA)等组织正准备深入研究我们的天体邻居，以识别这些矿物质。
为了有效地探测月球表面，来自苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的一组瑞士科学家设想，不只是派出一辆月球车，而是一支由车辆和飞行设备组成的协调车队，它们可以协同工作。
研究人员为三个ANYmal(一种由ETH开发的有腿机器人)配备了一系列测量和分析仪器，这些仪器可能会使它们成为未来合适的探索设备。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比赛的冠军。
比赛内容包括在一个模仿月球表面的试验场寻找和识别矿物。在最近发表在《科学机器人》杂志上的一篇论文中，科学家们描述了他们是如何利用一队机器人探索未知地形的。
失败保险
“使用多个机器人有两个好处，”由ETH教授Marco Hutter领导的研究小组的博士生Philip Arm解释说。“单个机器人可以承担专门的任务，并同时执行。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几个机器人上。换句话说，冗余和专门化是对立的目标。阿姆说:“要想获得两者的好处，关键是要找到适当的平衡。”
瑞士工程师正在制造适合未来月球任务的机器人，以寻找矿物和原材料。为了确保即使其中一台出现故障，这些机器也能继续工作，研究人员正在教它们团队合作。Credit:苏黎世大学/ Central IT - MELS
苏黎世联邦理工学院、巴塞尔大学、伯尔尼大学和苏黎世大学的研究人员通过为两个有腿的机器人配备专家来解决这个问题。其中一个机器人被编程为特别擅长绘制地形和分类地质。它使用一台激光扫描仪和几台照相机(其中一些具有光谱分析功能)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。
第三个机器人是一个多面手:它既能绘制地形图，也能识别岩石，这意味着它比专家有更广泛的任务范围。然而，它的设备意味着它可以以较低的精度执行这些任务。Arm说:“这使得在任何一个机器人出现故障时都有可能完成任务。”
组合是关键
在ESRIC和ESA空间资源挑战赛上，评审团特别印象深刻的是，研究人员在他们的探索系统中建立了冗余，使其能够适应潜在的故障。作为奖励，来自卡尔斯鲁厄FZI信息技术研究中心的瑞士科学家和他们的同事获得了一份为期一年的研究合同，以进一步开发这项技术。除了有腿的机器人，这项工作还将涉及有轮子的机器人，以FZI研究人员在这类机器人上的经验为基础。
“像我们的ANYmal这样的有腿机器人可以很好地应对岩石和陡峭的地形，比如爬下火山口，”哈特教授小组的资深科学家亨德里克·科尔文巴赫解释说。在这种情况下，带轮子的机器人处于不利地位，但它们可以在不那么具有挑战性的地形上移动得更快。因此，在未来的任务中，将不同运动方式的机器人组合在一起是有意义的。飞行机器人也可以加入队伍。
研究人员还计划使机器人更加自主。目前，所有来自机器人的数据都流入一个控制中心，在那里操作员将任务分配给各个机器人。在未来，半自动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。
参考文献:Philip Arm, Gabriel Waibel, Jan Preisig, Turcan Tuna, Ruyi Zhou, Valentin Bickel, Gabriela Ligeza, Takahiro Miki, Florian Kehl, Hendrik Kolvenbach和Marco Hutter对具有挑战性的行星模拟环境的科学探索，2024年7月12日，Science Robotics。DOI: 10.1126 / scirobotics.ade9548
