太陽系到處都是冰，探測機器人可以用它作為結構材料。

NASA和JPL的行星探測機器人無疑是出色的，但每一個機器人最終都會出現故障。雖然這些故障大多都是小毛病，很容易解決。但在星際探索時，周邊并沒有維修點。即便說火星車可以在輪子磨損時進行自我修復或更換，但是，又讓其去哪里尋找新的輪子呢？

還有一個更大的問題，需要找到必要的資源。研究人員已經很好地解決了電力問題 – 依靠太陽能，因為太陽能是一種幾乎可以在任何地方找到的資源。畢竟，輪子和行星機器人的其他關鍵部件并不依靠太陽能。但是，車輪以及其他結構部件可以由另一種材料制成，這種材料在整個太陽系中都能找到：冰。

在IEEE/RSJ國際智能機器人與系統會議（IROS）上發表的一篇論文中，費城賓夕法尼亞大學GRASP實驗室的Devin Carroll和Mark Yim強調這是一項非常初步的工作。他們表示，才剛剛開始探索用冰做機器人的想法。很明顯，你不可能用冰制造執行器、電池或其他電子產品，冰也永遠不會像鈦、碳纖維或其他任何結構材料那樣高效。但是冰可以在很多不同的地方找到，而且它的獨特之處在于它是如何被改變的，熱可以用來切割和雕刻它，也可以把它粘在自己身上。

IROS的論文著眼于使用加法和減法兩種制造工藝從冰中制造機器人結構部件的不同方法，目的是為機器人開發一種能夠表現出“自重構、自復制和自修復”的概念。假設機器人將在到處都是冰的環境，那里的環境溫度足夠冷，冰保持穩定，理想情況下也足夠冷，機器人產生的熱量不會導致不方便的自融或更不方便的自短路。在成型、3D打印和CNC加工之間，用鉆頭切割冰是最節能、最有效的方法，盡管理想情況下，你會想找到一種方法來使用它，你可以管理產生的廢水和刨冰，這樣它們就不會在你不希望的地方再凍結。

IceBot是一款重量為6.3公斤的南極探險機器人，是概念的驗證。它是手工制作的，研究人員大多只是證明它能四處移動，即使在室溫下也不會立即摔成碎片。在IceBot能夠實現一些自我重構、自我復制和自我修復能力之前，還有很多事情要做，但研究人員正在努力。關于這一點，我們（作者，以下簡稱我）通過電子郵件與主要作者Devin Carroll進行了交談。

IEEE Spectrum：這個想法是從哪里來的，為什么你認為它以前沒有被嘗試過？Devin Carroll：我設計的第一個機器人是一個有軌電車機器人，供生態學家用來調查森林。為這一領域制造機器人所面臨的挑戰之一不僅是機器人的價格昂貴，而且隨著時間的推移，自然因素會破壞它們。Mark和我開始探索用找到的材料制造機器人的想法，以此來增加機器人系統在遠程或敵對環境中運行的穩定性，第二個目標是降低系統的成本。我們最終選擇了冰，因為它給我們提供了設計上的靈活性，以及目前人們對冰的、偏遠的環境的興趣。氣候變化使許多人對南極和冰原感興趣，而美國宇航局和其他太空探索小組則在尋找恒星中的冰和水。因此，如果我們能從冰上造出一個機器人，或許它可以用來協助探索冰封的行星，以獲取生命和數據，那么冰就成了最符合邏輯的一步。

我認為這是以前沒有做過的，因為使用冰會帶來不確定性。與傳統的建筑材料不同，設計師不知道什么條件會導致冰失效。我們可以做出有根據的猜測，但誤差要大得多。機器人的制造和安全到達也有一些復雜的問題。如果我們建造它，然后將它運送到部署地點，它必須在整個過程中保持低溫，而如果我們在部署地點建造它，我們還必須將制造地點與系統一起運送，從而增加與系統相關的總體貨幣和能源成本。

你能推測一下，如果北極（或行星）探險機器人具備自我改造或修復能力，它會是什么樣子嗎？

當我想到一個北極（或行星）探索機器人，它具有自我修改或修復的能力時，我設想了一個有兩種機器人的系統。第一種是探索環境并收集執行自我增強或修復所需的材料，第二種是某種機械手/制造系統。我論文的一部分包括了這方面的工作。在機械手/末端執行器設計方面，我們正在探索的一個想法是使用電阻絲網格局部融化冰塊表面，并在操縱冰塊和機械手之間創建臨時連接，同時將其加工成所需的幾何圖形。

你下一步要做什么？

我當前的重點是設計一個模塊化的接頭，我們可以使用它輕松安全地將致動器與冰塊連接起來，并開發一個末端執行器，使我們能夠操縱冰塊，而不會通過螺孔或其他類似的連接方法使其永久變形。這些方向的一個有趣的設計挑戰是確保最大化連接強度，同時最小化實現它們的能源消耗。特別是在偏遠的環境中，能源是一種有價值的商品，而像我所描述的那樣的系統只有在設計時考慮到能源的情況下才會有效。

原文標題：冰制機器人可在星際探索時進行自我修復與建造

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責任編輯：haq