埃文·高夫，《今日宇宙》 冰柜现在只是一个概念，一些结构部件是由冰制成的
学分:GRASP实验室 太空探索中一些最诱人的目标是冰冻的冰世界
以木星的卫星欧罗巴为例
它温暖、咸的地下海洋被覆盖在一个月宽的冰层下
探索它最好的方法是什么？ 也许冰机器人可以发挥作用
尽管世界太空机构——尤其是美国国家航空航天局——越来越擅长制造机器人去探索火星之类的地方，但这些机器人有其局限性
也许这些限制中最主要的是崩溃的可能性
一旦火星上的火星车——或者更远的地方——发生故障，游戏就结束了
如果MSL好奇号在探索火星表面时发生故障，没有可行的方法来修复它
但是如果被探索的世界是冰冻的，机器人是冰做的呢？冰冷的机器人能够自我修复吗，即使是以有限的方式？它们真的可以在那里制造和组装吗，甚至部分可以吗？ 最近一篇题为“冰制机器人:制造技术分析”的论文探讨了这种可能性
这篇论文是在2020年电气和电子工程师协会机器人和系统国际会议上发表的
德文·卡罗尔和马克·伊姆写的
卡罗尔是博士
D
他是宾夕法尼亚大学的机器人学学生，伊姆是Grasp实验室的主任，也是同一所大学的机械工程教授
很明显，整个机器人不会是冰做的
但是有些结构可能是
这一想法的核心是模块化设计，一旦更好地理解地形障碍和任务的细节，模块化设计可以自我修复甚至自我复制，并可以在部署后就地完成
在他们的摘要中，两位作者写道，“ice允许增加系统设计的灵活性，使机器人结构能够在任务和地形障碍得到更好的识别和分析后，在部署后设计和建造
" 显然，这项潜在的技术存在许多问题和障碍
但它们都是这样开始的
两位作者明确表示，这是初步工作
“作者探索了一种结构驱动的方法来检查兼容的制造过程，强调节约过程能量，”他们写道
“一个由冰制成的移动机器人平台作为概念证明和首次演示被提出
" 这个想法的核心是一辆名为“冰山”的两轮火星车
冰堡是基于南极漫游车的设计，其结构元素由冰制成
在他们的工作中，两位作者进行了实验来探索整个想法
这项工作基于两个假设: 该机器人将在零下的温度下运行，所有的计算都基于南极洲麦克默多站的年平均温度
冰块很容易买到
他们的论文还提出了三个通用设计原则
组件需要设计成能够控制热量
所有电子设备、致动器和电源必须与熔化隔离
塑造机器人冰部件的理想方法取决于部件的最终体积相对于必须从未加工的冰板上移除的体积
所有这些还有另一个首要条件
对于在其他世界工作的机器人来说，能源是一种珍贵的商品
每个任务都有精心管理的能源预算
以旅行者号宇宙飞船为例
它们令人印象深刻的长寿至少部分是由于极其谨慎地使用能量
因此，冰机器人制造和建造自身所需的能量是至关重要的
考虑到这些情况，研究人员提出了一些有趣的想法
首先，整个场景可能不包括一个机器人，而是一对机器人，协同工作
一个单位将是主要的探索工具，而另一个单位将有点像母船，并具有制造和维修能力
在接受美国电气和电子工程师协会频谱的采访时，德文·卡罗尔解释了这可能是什么样子
“当我想到一个结合了自我改造或修复能力的北极(或行星)探测机器人时，我设想了一个包含两种机器人的系统——第一种是探测环境并收集进行自我增强或修复所需的材料，第二种是某种操纵器/制造系统
我们可以想象探索类机器人返回到一个中心位置，请求一个犁或一些其他的增加，制造系统将能够直接将增加附加到机器人上
" 研究人员测试了一种明火作为融化冰洞的方法，以供机器人的致动器插入
左:丁烷火炬被用来融化冰原上的一个洞
右图:丁烷火炬和冰原的热图(摄氏度)
信用:卡罗尔和伊姆，2020 这两位科学家进行了一些测试来充实他们的想法
他们观察了操纵冰的不同方式
在制造方面，他们着眼于制模，先将冰融化，然后倒入模具中成型
他们还研究了三维打印和机械加工
每种方法都有其优缺点，而且每种方法都有不同的能量需求
他们还研究了执行器集成
如上所述，致动器本身不能由冰制成
致动器暴露在不同的压力下，冰无法承受
因此，致动器与冰制成的部件的集成是一项关键的操作
他们试验了四种不同的集成执行器的方法: 用凿子之类的东西进行机械雕刻
用明火熔化致动器的孔
用加热的金属棒为致动器制造一个孔
例如，用孔锯切割
每种方法都有各自的优缺点
每一个都有自己的能量需求
下表列出了每种方法为致动器创建安装腔并将其固定到位所需的能量
由于这是初步工作，小组没有得出任何永久的结论
但是他们的实验暴露了一些陷阱，如果要有效地实施就地制冰和修复，就需要克服这些陷阱
他们发现附件的表面积对成功至关重要，这并不令人惊讶
简而言之，接头的表面积越大越好，有助于冰抵抗扭矩和其他力产生的应力
冰层厚度也是一个问题，这也不足为奇
作者在论文的结论中总结了他们的工作
“这项工作朝着能够在零下环境中运行的轻量级、适应性强的机器人系统迈出了一步
他们写道:“这个系统适合自我重组、自我复制和自我修复。”
他们写道:“为了推动这一系统的自动创建和组装方法的发展，我们计划开发一种可以与被动冰块轻松集成的联合模块。”
这将使冰柜系统更加简单和模块化
他们还解释了他们的冰帽概念的未来:“未来的额外工作包括:确定系统可以移动的一般表面类别，使用冰元素与环境相互作用的方法，以及进一步研究致动器和冰之间连接的强度极限
" 在频谱电气和电子工程师协会的采访中，卡罗尔还谈到了他们的冰箱工作的下一步，并强调了模块化的必要性
“我目前的重点是设计一种模块化接头，我们可以用它来轻松、安全地将致动器与冰块连接起来，并致力于开发一种末端执行器，使我们能够操纵冰块，而不会通过螺钉孔或其他类似的连接方法使它们永久变形
" 在实施任何冰机器人技术之前，还有很多工作要做
但这是一个诱人的发展，欧罗巴和土卫二正在等待
像美国宇航局这样的机构正在密切关注他们登月和火星任务的原位资源
冰在太阳系中很常见
太空寒冷，许多物体被冰覆盖
未来会有原地冰柜吗？
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
