在探索宇宙的征程中,火星始终是人类关注的焦点之一。然而,火星与地球之间漫长的通信延迟以及有限的数据传输能力,给火星探测任务带来了巨大挑战。传统上,火星漫游车需要依赖地球发出的指令进行操作,从地球到火星的通信时间可能长达4到22分钟,这使得科学家们必须提前精心规划漫游车的每一个动作。而且,漫游车为了节省能源和规避风险,在崎岖不平的火星地形上移动极为缓慢,每天通常只能行进几百米,极大地限制了对火星景观的研究范围和地质样本的收集效率。
为了突破这些限制,科研团队另辟蹊径,开发出一种半自主机器人探测器。这种机器人不再像传统方式那样,在人类的密切监督下专注于单一岩石,而是能够自主地从一个目标移动到另一个目标,独立完成数据收集工作。它配备了紧凑型仪器,可以依次对多个目标进行分析,在更短的时间内收集到更多的数据,大大加快了行星表面资源勘探和生命迹象搜索的进程。
为了验证这一创新方法的可行性,研究人员选用了四足机器人ANYmal进行测试。ANYmal机器人配备了一个机械臂,上面搭载了两种关键仪器:显微成像仪MICRO和便携式拉曼光谱仪。便携式拉曼光谱仪是为ESAESRIC空间资源挑战赛专门开发的。此次研究项目汇聚了多方力量,苏黎世联邦理工学院机器人系统实验室、苏黎世联邦理工学院空间研究部门、苏黎世大学以及伯尔尼大学都参与其中,共同开展合作研究。
实验地点选在了巴塞尔大学的Marslabor设施。这里通过模拟岩石、表岩屑(行星尘埃)材料以及模拟光照条件,高度还原了行星表面环境。在测试过程中,ANYmal机器人展现出强大的自主能力。它能够自主朝着选定的目标移动,利用机械臂精准定位仪器,并将采集到的图像和光谱数据及时传回,供科研人员进行分析。
研究人员将传统方法和半自主方法进行了对比。传统方法下,科学家需要一步步引导机器人检查目标,而半自主方法则是机器人自行依次研究多个目标。结果显示,两种方法差异显著。完成多目标任务,半自主机器人仅需12到23分钟,而采用人工引导的类似任务却需要41分钟。
这种高效的探索方式为未来的行星探测任务带来了新的可能。它使未来的任务能够覆盖更广泛的行星表面区域,科研人员可以通过审查机器人收集的数据,筛选出最有价值的研究地点,进行更深入的探索。同时,减少对人类指令的依赖,让机器人能够在地形上更加自由地移动,快速扫描岩石,收集关键数据,从而让科学研究得以更高效地开展,帮助科研人员聚焦于最具潜力的样本。
火星作为太阳系中离太阳第四近的类地行星,因其表面覆盖着氧化铁(铁锈)而呈现出独特的红色,被人们形象地称为“红色星球”。它拥有以二氧化碳为主的稀薄大气层,表面矗立着太阳系中最高的火山奥林匹斯山,还有最大的峡谷水手谷。火星上曾发现液态水存在的痕迹,这使得它成为人类探索地外生命以及未来星际移民的重要目标。


