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NASA训练波士顿动力公司机器狗探索火星洞穴 寻找生命迹象

来源:原创    更新时间:2021-08-15 08:41:28    编辑:星谷下载    浏览:72

众所周知,在其他星球上寻找生命迹象时,洞穴是非常关键的地点。但是,在地球上科学家们如何才能有效地探索另一个世界上错综复杂、黑暗、陌生的环境呢?美国宇航局(NASA)火星车“毅力号”(Perseverance)正在火星表面寻找古代生命的迹象,但该机构显然认为,能在洞穴中探索的机器人可能更有助于其发现火星生命。

为此,NASA正在与包括波士顿动力公司在内的多家承包商合作,在名为“弱光环境下的生物和资源模拟调查”(BRAILLE)项目中,探索地球上类似火星的洞穴,并希望将获得的经验用于之心未来太空任务。洞穴是最有可能在其他行星上发现生命迹象的地方之一,因为它们能够保护生命不受宇宙射线和太阳系周围极端温度波动的影响。

但除了寻找生命迹象外,研究人员对探索洞穴感兴趣的另一个原因是:洞穴为未来探索火星或其卫星的宇航员提供了明显的天然庇护所。完全自主的机器人可以帮助探索这些洞穴,比如波士顿动力公司的机器狗Spot。这些洞穴据信有数百米长,普通探测器与地球保持通信将非常困难。

           

图1:NASA正在训练像波士顿动力公司机器狗Spot这样的机器人,帮助探索地球上类似的火星洞穴

那么,设计火星机器人和地球机器人有什么不同呢?该项目的研究负责人阿里·阿加(Ali Agha)说,它们在很多方面都很相似,特别是在AI大脑以及其在与地球上的科学家没有联系的情况下处理信息和做出决定的能力方面。在地球上,NASA将其完全自主的人工智能系统星云(NeBula)移植到Spot身上,以帮助该机构探索月球、火星和太阳系的其他地方。

阿加表示:“未来潜在的人类探索任务可以在许多不同的方面受益于机器人。特别是,机器人可以在人类登陆目的地之前被派去执行先期任务,提供更多关于目的地的信息。此外,机器人可以在执行任务期间陪伴宇航员,帮助寻找特定的地形或执行后勤和许多其他任务,这可以使宇航员的任务更安全、更高效。”

今年7月,NASA“洞察号”(InSight)着陆器利用来自“火星地震”的数据,详细展示了火星的内部结构,包括其地核、地幔和地壳。

           

图2:波士顿动力公司的机器狗Spot属于完全自主的机器人,可以帮助探索火星洞穴

据NASA网站介绍,利用星云,NASA的研究人员能够解决机器人大脑所需的各种任务元素,包括感知、环境、运动、系统健康以及通信等。但当涉及到机器人身体时,事情就变得更加复杂了。科学家们需要考虑温度管理、保护机器人免受辐射以及长途跋涉到遥远目的地带来的严格的电力和能源限制,所有这些方面在地球上以前都没有考虑过。

阿加表示:“Spot是我们拥有的能力最强的机器人之一,看到它成功地对来自机器人大脑的高层决策和命令做出反应,以及如何在崎岖和极端的地形上保持稳定,令人感到惊叹。除了传统轮式探测器,‘行走’能力至关重要,特别是在应对不平坦或没有道路的地形时。”

2007年,科学家们在火星上首次发现了洞穴,当时他们推测这些洞穴可能曾存在外星生命。从那时起,研究人员就开始研究火星(及其卫星)上的地下熔岩管,包括火星上最大火山之一帕弗尼斯山(Pavonis Mons)的熔岩管,那里将来很可能会被用于人类居住。

           

图3:2007年,科学家们在火星上发现了洞穴,他们推测这些洞穴可能曾经存在生命

机器人需要携带足够的有效载荷,这样它的眼睛、耳朵和大脑才能帮助其在火星或其卫星地形上导航。此外,它还需要携带必要数量的科学仪器,并能够以“合理的”稳定性、速度和耐力穿越火星。阿加解释说,Spot是NASA正在研究的少数几个能够同时满足这三个要求的机器人之一。因此,在Spot上整合我们的机器人大脑星云,将有助于推动探索未知的火星类环境。

NASA下属喷气推进实验室在其网站上强调了Spot的“智慧”,指出它可以用来发现火星表面下的微生物生命,或冰冷的天体,如木卫二、土卫二和土卫六上的生命迹象。

这些机器人通常无法在洞穴内进行交流,因此科学家们急切地等待它们返回地表获取数据,这些数据可能包括洞穴内部的3D地图、有关科学目标的信息或关于环境的总体发现。有些机器人还配备了机械臂,可以从洞穴壁上带回样本进行分析。研究人员希望,在人类与它们建立了某种程度的信任之后,这些机器人将能够自主执行部分未来太空任务。

下一代机器人有可能进入传统火星车无法到达的区域,比如“毅力号”(Perseverance)或“好奇号”(Curisoty)。阿加说:“下一代机器人的身体和机械运动能力将使它们能够到达传统火星车无法到达的新区域,并执行新型任务。此外,由于速度和穿越能力的提高,未来的任务可以瞄准传统上被认为离火星可登陆区域太远的目的地。”

今年4月,布朗大学的研究人员发表的一项研究表明,火星尘土飞扬的地表下可能存在生命。研究人员观察了火星岩石的化学成分,并确定如果这些岩石接触到水,可能会支持类似于地球上的微生物群落。

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