NASA自主机器蛇未来可以在冰冷的土卫二上寻找生命

美国宇航局喷气推进实验室(JPL)发明了一条自我推进的自主机器人蛇，旨在探索极端的地外地形。其首创的推进系统意味着它可以大胆地去以前没有机器人蛇去过的地方。这条机器人蛇被称为"地外生命调查器"(EELS)，其灵感来自于在冰冷的土卫二深处寻找生命的愿望。

在2000年代中后期，当卡西尼号航天器向地球发回土星83颗卫星之一的土卫二的图像时，科学家发现它很活跃，在其地壳下隐藏着一个液态水的咸水海洋，这是已知只有少数几个世界拥有的形态。土卫二的独特之处在于--它的体积小到足以容纳英国的长度--它不断地从那个海洋中喷出冰粒羽流，与水和简单的有机化学物混合后进入太空。

调查这些羽流，以及它们逃离的狭窄通风口，是促使开发EELS的原因。原型机的建造于2019年开始，自2022年以来，JPL团队一直在进行每月的实地测试，以完善机器人的硬件和软件，使其能够自主操作。

目前最新一代的EELS有13英尺(4米)长，重约220磅(100公斤)。它的10个相同的、旋转的部分使用螺丝头进行推进和抓握。EELS团队已经试验了不同的螺丝，以便在不同的地形上使用： 3D打印的塑料螺丝用于较松散的地形，而较尖锐的金属螺丝用于冰面。

该团队在南加州滑雪场的雪地"机器人游乐场"、室内溜冰场和沙地上测试了EELS。因为他们用EELS进入了新的领域，所以测试过程是指导性的。

"我们的机器人开发理念与传统的航天器不同，有着许多快速的测试和纠正周期，"JPL的首席研究员Hiro Ono说。"目前有几十本关于如何设计四轮漫游车的教科书，但没有关于如何设计一个自主蛇形机器人的教科书，以大胆地去没有机器人去过的地方，我们必须有自己的想法"。

鉴于地球和深空之间的通信滞后，EELS的自主操作能力非常重要。如果它遇到了问题需要能够自行恢复，而不依赖人类的帮助。

"想象一下，一辆汽车自主驾驶，但是没有停车标志，没有交通信号，甚至没有任何道路，"该项目自主性负责人Rohan Thakker说。"机器人必须弄清楚道路是什么，并试图沿着它走。然后，它需要从100英尺[30米]的落差中走下去，并且不掉下去。"

为了协助自主性，EELS使用四对立体相机和LiDAR(光探测和测距)来制作其周围环境的三维地图。LiDAR通过用激光瞄准一个表面或物体并测量反射光返回接收器所需的时间来确定范围。EELS使用这些信息来创建导航算法，以便它能更容易地穿越具有挑战性的空间。

为了测试EELS的测绘能力，去年，JPL团队将机器人的头部--包含摄像头和激光雷达的部分--放入加拿大落基山脉阿萨巴斯卡冰川的一个垂直井中。他们将在9月带着更新版本的EELS回到冰川，以观察它的表现。

EELS的最终形式将包含48个小电机(执行器)，将提供更多的灵活性。许多电机有内置的力矩感应，这将使EELS能够"感觉"到它对地形施加了多少压力。这将有助于它在狭窄的空间里驾驭不平坦的表面，就像攀岩者那样，通过推动对立的墙壁向上或向下移动。

下一步是纳入科学仪器。EELS项目经理Matthew Robinson说："到目前为止，我们的重点是自主能力和移动性，但最终我们将研究我们可以将哪些科学仪器与EELS结合起来。科学家们告诉我们他们想去哪里，他们最感兴趣的是什么，我们将提供一个机器人，让他们去那里。"

EELS的适应性意味着，除了土卫二之外，这个机器人蛇还可以用来探索火星的极冠，或者我们自己星球上的深冰裂缝。

尽管如此，距离EELS在其他星球的地形上滑行还有一段时间。科学家们希望这个机器人将在明年秋天完成，然而，预计届时将需要十年的时间来等待航天器将EELS运送到土卫二。