最近，美國宇航局公開了正在研發(fā)的蛇形機(jī)器人，它有望前往土衛(wèi)二，探索冰層。考慮到外星球的氣候、地理?xiàng)l件與地球差別極大，探測器為了完成任務(wù)，可能采用哪些別出心裁的設(shè)計(jì)？它們又會(huì)展示哪些適應(yīng)新環(huán)境的妙招呢？

機(jī)器蛇挑戰(zhàn)冰世界

(資料圖)

這款美國蛇形機(jī)器人承擔(dān)重任，學(xué)名叫做“宇宙生物現(xiàn)存生命勘測器”。顧名思義，它的核心使命是探索土衛(wèi)二表面冰層下的未知世界，以驗(yàn)證地球生命在宇宙中是否孤獨(dú)。

近年的研究顯示，土衛(wèi)二的海洋中很可能“集全”了生命誕生的六大基本元素，而土衛(wèi)二的冰層中存在著構(gòu)成生命的基礎(chǔ)物質(zhì)——氨基酸，因此科學(xué)家長期懷有濃厚興趣：土衛(wèi)二的內(nèi)部海洋中會(huì)不會(huì)存在生命呢？根據(jù)當(dāng)前的深空探測成果，土衛(wèi)二被認(rèn)為是最有可能存在生命的外星球之一。

然而，探測器歷經(jīng)千辛萬苦抵達(dá)土衛(wèi)二表面后，還需要克服深不可測的冰裂縫（大量蘊(yùn)含有機(jī)分子的羽流從那里噴向太空），在迷宮般的冰隧道中穿梭，甚至探索未知的地下海洋，揭開生命“謎底”。這些任務(wù)都是常規(guī)漫游車難以勝任的，因此科研人員有必要借鑒仿生學(xué)成果。畢竟地球地貌豐富多樣，各種動(dòng)物的體態(tài)都是為了適應(yīng)特定環(huán)境而演化的，往往通過了億萬年考驗(yàn)。

作為第一代計(jì)劃探索外星球的蛇形機(jī)器人，“宇宙生物現(xiàn)存生命勘測器”全長約4米，重100公斤左右，軀干由10個(gè)相同的旋轉(zhuǎn)節(jié)段組成，外部覆有3D打印制造的帶有螺旋紋邊的“蛇皮”，以便在光滑的冰面上獲得良好的附著力。此外，有消息稱，這種機(jī)器蛇具備一定的自我修復(fù)能力，必要時(shí)嘗試自主脫險(xiǎn)，很可能采用了記憶金屬，編有類似壁虎斷尾求生的應(yīng)急程序。

雖然美國宇航局披露的關(guān)鍵信息不多，但我們可以推測認(rèn)為，機(jī)器蛇的人工智能水平取得了顯著進(jìn)步。在陌生的土衛(wèi)二上，機(jī)器蛇幾乎時(shí)刻都會(huì)遭遇意想不到的困難與險(xiǎn)境。由于距離遙遠(yuǎn)，無線電信號在土星與地球之間單向傳輸需要1個(gè)多小時(shí)，地球團(tuán)隊(duì)顯然來不及遙控指揮機(jī)器蛇。這樣看來，機(jī)器蛇必須具備強(qiáng)大的環(huán)境感知能力、自我甄別判斷能力以及自主決策行動(dòng)能力。

為此，科研人員給機(jī)器蛇配置了4對立體攝像機(jī)和激光雷達(dá)，能夠利用激光脈沖創(chuàng)建周圍環(huán)境的3D地圖，確保實(shí)時(shí)感知，并借助數(shù)字地圖和高超算法，評估預(yù)定路線的危險(xiǎn)等級，找出最安全的前進(jìn)路徑。當(dāng)前機(jī)器蛇正在地球冰川、火山區(qū)域測試，未來它如果在外星球表面“因地制宜”“因時(shí)制宜”，適應(yīng)更復(fù)雜的任務(wù)地形，將是人工智能在航天探測領(lǐng)域的新突破。

仿生機(jī)器人更奇妙

沖出沙丘的機(jī)械巨蝎，呼嘯而下的機(jī)械怪鳥，奔跑嚎叫的機(jī)械恐龍……這些當(dāng)前只能在科幻影視中才能看到的刺激場面，也許在將來會(huì)出現(xiàn)在遙遠(yuǎn)的星球上。不過，它們帶給外星球的不是血腥殺戮，而是人類在航天探索中浸透的自強(qiáng)不息。

如今，無人直升機(jī)不時(shí)盤旋在火星低空，而國外科研人員正在借鑒仿生學(xué)成果，研發(fā)更適應(yīng)火星環(huán)境的探測器。2018年美國宇航局啟動(dòng)了“火星蜜蜂”項(xiàng)目，這是一種微型仿真機(jī)器人，個(gè)頭與真實(shí)的蜜蜂類似，可以在指甲蓋大小的平坦表面?？?，但它的翅膀采用更像蟬翼的造型，能夠更好地利用稀薄空氣的升力，更加節(jié)能地飛行。

隨著微電子技術(shù)進(jìn)步，設(shè)備小型化進(jìn)展顯著，輕巧的機(jī)器蜜蜂可以承擔(dān)基礎(chǔ)性觀測任務(wù)。未來，數(shù)十只機(jī)器蜜蜂集群隨登陸器在火星著陸后，可以按程序向四周分散探索，重點(diǎn)探測火星表面大型洞穴，尋找潛在的微生物痕跡。顯然，同等造價(jià)下，更多的機(jī)器蜜蜂“無孔不入”，對洞穴等特殊環(huán)境有著更好的適應(yīng)性，比大型漫游車執(zhí)行任務(wù)更有效益。

外星球漫游車時(shí)刻提防著無處不在的碎石與坑洼，前進(jìn)速度緩慢，有必要擺脫“束縛”。借鑒昆蟲或鳥類懸停技能的多旋翼無人機(jī)，借鑒蝠鲼流線體的滑翔充氣式探測器……諸多方案如雨后春筍，紛紛涌現(xiàn)。

如果科研人員對于“外星球大氣能否支持探測器穩(wěn)定飛行”心存顧慮，或許可以降低要求，只需讓探測器“跳起來”。

多國探月計(jì)劃中包含跳躍探測器，其體積往往只有棒球或拳頭大小。有的采用鈦合金單腿結(jié)構(gòu)，腿型模仿螞蚱，跳躍高度可達(dá)1米多，水平方向移動(dòng)速度達(dá)15公里/小時(shí)。有的更強(qiáng)調(diào)可靠性，類似某些海底生物，借助球體突出端發(fā)力，略微彈跳一點(diǎn)高度，下落后滾動(dòng)前進(jìn)。

隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料、動(dòng)力等條件更加完善，跳躍探測器可以嘗試大型化方案。國外曾論證過所謂“機(jī)器袋鼠”，體積有手提箱大小，跳躍高度達(dá)5米，水平方向速度接近40公里/小時(shí)。這種方案對于地形探測能力、動(dòng)力、抗沖擊性能等提出了更高的要求。

暢想未來，人工智能技術(shù)與仿生學(xué)成果“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手”，航天探索必將如虎添翼。而隨著人類積累了足夠的外星球復(fù)雜地形信息，如果材料學(xué)與塑形技術(shù)獲得重大突破，新概念探測器到達(dá)目標(biāo)星球后，說不定可以根據(jù)不同的地貌、氣候條件，智能化自主決策，變形為不同的機(jī)器生物。

遇到海洋，機(jī)器海豚暢游躍起；遇到高山，機(jī)器鷹隼展翅翱翔；遇到平原，機(jī)器駿馬一日千里；遇到森林，機(jī)器猿猴攀援跳躍；甚至遇到神秘生物，多個(gè)中小型探測器迅速組合為機(jī)器霸王龍、機(jī)器猛犸象之類的大家伙，發(fā)出幾聲咆哮，嚇退潛在威脅者……總之，孫大圣72變在古人看來是神話，在未來也許會(huì)變成現(xiàn)實(shí)，助力人類更高效地探索外星球。（作者：孫飛）

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