您如何创建一个可以自行前往前人从未到过的地方且无需实时人工输入的机器人？NASA 喷气推进实验室的一个团队正在创造一种用于穿越极端地形的蛇形机器人，他们正以初创企业的心态迎接挑战：快速构建、经常测试、学习、调整、重复。

被称为 EELS（Exobiology Extant Life Surveyor 的缩写）的自走式自主机器人的灵感来自于一种愿望，即通过下降表面喷出的狭窄通风口，寻找隐藏在土星卫星土卫二冰壳下的海洋中的生命迹象进入太空的间歇泉。尽管测试和开发仍在继续，但为这样一个具有挑战性的目的地而设计已经产生了一个高度适应性的机器人。EELS 可以在地球、月球和更远的地方的各种地形中选择一条安全的路线，包括起伏的沙子和冰、悬崖壁、对漫游者来说太陡峭的陨石坑、地下熔岩管和冰川内迷宫般的空间。

“它有能力去其他机器人不能去的地方。虽然有些机器人在一种特定类型的地形或其他类型的地形上表现更好，但 EELS 的想法是能够做到这一切，”JPL 的 Matthew Robinson 说，EELS专案经理。“当你要去一个你不知道会发现什么的地方时，你想派一个多功能的、有风险意识的机器人来应对不确定性——并且可以自己做出决定。”

项目团队于 2019 年开始构建第一个原型，并一直在不断进行修改。自去年以来，他们一直在进行月度现场测试，并改进硬件和软件，使 EELS 能够自主运行。在目前的版本中，被称为 EELS 1.0 的机器人重约 220 磅（100 公斤），长 13 英尺（4 米）。它由 10 个相同的旋转部分组成，使用螺纹进行推进、牵引和抓握。该团队一直在尝试各种螺钉：白色、直径 8 英寸（20 厘米）的 3D 打印塑料螺钉用于在较松的地形上进行测试，以及更窄、更锋利的黑色金属螺钉用于冰面。

该机器人已经在沙地、雪地和冰冷的环境中进行了测试，从 JPL 的火星场到在南加州雪山滑雪胜地创建的“机器人游乐场”，甚至在当地的室内溜冰场。

JPL 的 EELS 首席研究员 Hiro Ono 说：“我们的机器人开发理念与传统航天器不同，有许多快速的测试和校正周期。” “关于如何设计四轮车的教科书有几十本，但没有一本教科书是关于如何设计一个自主蛇形机器人大胆去以前没有机器人去过的地方。我们必须自己写。我们就是这样。”现在正在做。”

JPL 的 EELS（外地生物学现存生命测量仪）被设想为一个自主的蛇形机器人，它可以从土星卫星土卫二冰冷地壳的狭窄通风口下降，探索隐藏在下面的海洋。但是已经对原型进行了测试，以使机器人为各种环境做好准备。

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EELS 如何思考和行动

由于地球和深空之间的通信滞后时间，EELS 旨在自主感知其环境、计算风险、旅行并使用尚未确定的科学仪器收集数据。当出现问题时，目标是让机器人在没有人工协助的情况下自行恢复。

“想象一辆自动驾驶的汽车，但没有停车标志，没有交通信号灯，甚至没有任何道路。机器人必须弄清楚道路是什么，并尝试遵循它，”该项目的自主负责人 Rohan Thakker 说。“然后它需要下降 100 英尺而不是掉下来。”

EELS 使用四对立体相机和激光雷达创建其周围环境的 3D 地图，激光雷达类似于雷达，但使用短激光脉冲而不是无线电波。利用来自这些传感器的数据，导航算法可以找出最安全的前进路径。目标是创建“步态”库，或者机器人可以响应地形挑战的移动方式，从侧绕到自身卷曲，团队称之为“香蕉”的动作。

在最终形式中，该机器人将包含 48 个执行器——本质上是小型电机——使其能够灵活地采用多种配置，但会增加硬件和软件团队的复杂性。Thakker 将执行器比作“48 个方向盘”。它们中的许多都具有内置的力-扭矩感应功能，就像一种皮肤一样工作，因此 EELS 可以感觉到它在地形上施加了多大的力。这有助于它在表面不平整的狭窄滑槽中垂直移动，并像攀岩者一样配置自己同时推向对面的墙壁。

去年，EELS 团队将机器人的感知头（带有摄像头和激光雷达的部分）降低到加拿大落基山脉阿萨巴斯卡冰川称为磨坊的垂直竖井中，体验了这些具有挑战性的空间。9 月，他们将返回该地点，该地点在很多方面都类似于我们太阳系中的冰冷卫星，其机器人版本旨在测试地下机动性。该团队将投放一个小型传感器套件——用于监测冰川的化学和物理特性——EELS 最终将能够部署到远程站点。

“到目前为止，我们的重点一直放在自主能力和机动性上，但最终我们将研究可以将哪些科学仪器与 EELS 相结合，”罗宾逊说。“科学家们告诉我们他们想去的地方，他们最兴奋的是什么，我们将提供一个机器人来把他们带到那里。怎么做？就像一家初创公司，我们只需要建造它。”