ESA SpaceBok机器人将在低重力世界中翱翔

ESA正在帮助来自苏黎世的一群学生测试和开发他们的跳跃式探索机器人。该机器人被称为SpaceBok，设计用于在月球或小行星等低重力体上运行。它基于“动态步行”的概念，这是地球上的动物使用的东西。

像精神，机遇和好奇心这样的流浪者在探索火星方面做了很多工作。但那些轮式车辆有其局限性：有些地方是他们无法到达的。由于小型跳跃机器人MASCOT向我们展示了小行星Ryugu的表面，跳跃机器人可以提供一些东西。

来自苏黎世机构的一群学生正在开发有史以来最先进的机器人探险家之一。SpaceBok是一款四足机器人，正在荷兰ESA的ESTEC技术中心进行测试。整个想法的灵感来自登上月球的宇航员。

当宇航员抵达月球时，他们很快发现跳跃是一种自然的移动方式。低重力使其成为一种有效的推进方式，至少对于低质量的机体而言。

来自苏黎世的学生团队由来自苏黎世联邦理工学院机器人系统实验室的博士生Hendrik Kolvenbach领导，他们已经在RobotBok工作了一段时间。他们的设计基于鹿和羚羊(Sprinbok)等动物以及它们在某些情况下如何快速移动。

“不是静态行走，至少三条腿始终保持在地面上，动态行走允许完全飞行阶段的步态，在此期间所有腿都离开地面，”Kolvenbach在新闻稿中说。

过去，建造这些类型的机器人是不可能的。但技术的进步正在使其发展成为可能。“由于它们的效率，动物利用动态步态，但直到最近，控制所需的计算能力和算法使得在机器人上实现它们具有挑战性，”Kolvenbach说。

SpaceBok正在模拟月球引力中进行测试。设计师说SpaceBok可以在月球重力下跳到2米(6英尺)，但它需要一个反作用轮才能安全降落。

当宇航员降落在月球上时，跳跃是对那里低重力的本能反应。但对他们来说更容易; 我们人类有自然平衡。对于机器人来说，这种能力需要精心设计和内置，就像航天器一样。

“宇航员在月球的六分之一重力下移动本能地采取跳跃。尽管这样的高度提出了新的挑战，但SpaceBok的月球重力可能会高达2米。一旦它离开地面，腿式机器人需要稳定自己再次安全下降 - 此时基本上表现得像一个迷你宇宙飞船，“团队成员Alexander Dietsche说。

“所以我们所做的就是利用传统卫星控制其方向的方法之一，称为反作用轮。可以通过加速和减速来触发SpaceBok本身的平等和相反的反应，“团队成员Philip Arm解释道。

即使人类和动物能够自然地跳跃，像SpaceBok这样的跳跃机器人确实具有一些优势。它可以储存能量。

“此外，SpaceBok的支腿采用弹簧在着陆时储存能量并在起飞时释放能量，大大减少了实现这些跳跃所需的能量，”另一位团队成员Benjamin Sun补充道。

即使团队认为SpaceBok可以在月球上跳到2米(6.5英尺)的高度，但他们还没有。到目前为止，它们在模拟月球重力中达到了1.3(4.2英尺)米的高度。

荷兰的测试设施允许团队模拟不同的重力环境。在小行星上，机器人可以跳跃甚至超过2米，并且持续时间更长，但这需要更好的控制来执行安全着陆。

在测试过程中，SpaceBok连接到斜轨上。通过改变导轨的倾斜度，测试人员可以模拟不同的重力条件。图片来源：苏黎世联邦理工学院/ ZHAW苏黎世

另一个测试使用了一个非常平坦的表面，称为Orbital Robotics Bench for Integrated Technology(ORBIT。)ORBIT可以在二维空间中测试SpaceBok。在该测试中，将机器人放置在其侧面并连接到自由浮动的基座上。然后它在ORBIT上左右反弹，以模拟极小的重力小行星。

SpaceBok在ORBIT侧面安装。通过用腿支撑胶合板墙，可以模拟像小行星这样的极低重力物体的性能。

SpaceBok的测试进展顺利。但这是在实验室条件下的所有平坦表面，系留测试。该团队已经在ESA火星场的不平坦表面上进行了一些测试，但它需要更多的测试，必须跳过障碍物。其中一些最终将在户外完成。