在宇航员离开地球引力进行数天、数周甚至数月的旅行之前,他们在 NASA 著名的抛物线飞行器上进行训练。在这些经过改装的客机上的剧烈飞行中,学员会经历一系列令人胃部不适的起伏,因为飞机的急剧上下运动会产生零重力环境。然而最近,一个机器人接受了与人类同伴类似的训练——可能是在其自己的太空旅程之前。
几年前,瑞士苏黎世联邦理工学院的八名学生帮助设计了 SpaceHopper。这个小型三脚架机器人专门为应对小行星等低重力环境而设计,旨在(你猜对了)在周围环境中跳跃。SpaceHopper 使用通过深度强化学习在模拟中训练的神经网络,能够跳跃、利用小行星的低重力滑行,然后在空中定向和稳定自身,然后安全着陆。然后,它会重复这个过程以高效地跨越长距离。
在计算机模拟中设计一个理论上可行的机器是一回事,但在现实世界中制造和测试它是另一回事。
将 SpaceHopper 送往最近的小行星并不是一种具有成本效益或简单的方法来进行试运行。但得益于欧洲航天局和专门从事零重力飞行体验的公司 Novespace,这个机器人得以在最接近的条件下测试其运动能力。
在最近一次为期 30 分钟的抛物线飞行中,研究人员让 SpaceHopper 在 Novespace 的空客 A310 飞机上的一个小围栏中进行了 30 多次零重力模拟,每次持续 20-25 秒。在一项实验中,当飞机进入零重力时,工作人员将机器人释放到空中,然后观察它仅通过腿部运动自行调整到特定的方向。在第二次测试中,团队编程 SpaceHopper 从地面跳起并重新定向自身,然后轻轻撞到一个附近的保护网。
由于抛物线飞行会产生完全的零重力环境,SpaceHopper 实际上是在比假设的小行星上更低的重力条件下首次亮相。因此,机器人无法像在微重力情况下那样“着陆”,但能够实时演示其定向和调整能力仍然是研究人员向前迈出的重要一步。
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“在那一刻之前,我们完全不知道它会工作得有多好,机器人到底会做什么,” SpaceHopper 团队成员 Fabio Bühler 在苏黎世联邦理工学院的 最近的亮点视频中说。“这就是为什么当我们看到它起作用时,我们如此兴奋。这让我们如释重负。”
SpaceHopper 的创造者相信,有一天将他们活泼的机器人部署到小行星上,可以帮助天文学家获得对宇宙历史的新见解,并提供关于我们太阳系早期时代的信息。此外,许多小行星富含宝贵的稀土金属——这些资源可以为我们国内的众多行业带来巨大的好处。