太陽系到處都是冰，探測機器人可以用它作為結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(fù)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(jīng)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(guān)鍵部件并不依靠太陽能。但是，車輪以及其他結(jié)構(gòu)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(tǒng)會議（IROS）上發(fā)表的一篇論文中，費城賓夕法尼亞大學(xué)GRASP實驗室的Devin Carroll和Mark Yim強調(diào)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(zhí)行器、電池或其他電子產(chǎn)品，冰也永遠不會像鈦、碳纖維或其他任何結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)部件的不同方法，目的是為機器人開發(fā)一種能夠表現(xiàn)出“自重構(gòu)、自復(fù)制和自修復(fù)”的概念。假設(shè)機器人將在到處都是冰的環(huán)境，那里的環(huán)境溫度足夠冷，冰保持穩(wěn)定，理想情況下也足夠冷，機器人產(chǎn)生的熱量不會導(dǎo)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(jié)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(chǎn)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(jié)。

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?qū)崿F(xiàn)一些自我重構(gòu)、自我復(fù)制和自我修復(fù)能力之前，還有很多事情要做，但研究人員正在努力。關(guān)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(shè)計的第一個機器人是一個有軌電車機器人，供生態(tài)學(xué)家用來調(diào)查森林。為這一領(lǐng)域制造機器人所面臨的挑戰(zhàn)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(tǒng)在遠程或敵對環(huán)境中運行的穩(wěn)定性，第二個目標是降低系統(tǒng)的成本。我們最終選擇了冰，因為它給我們提供了設(shè)計上的靈活性，以及目前人們對冰的、偏遠的環(huán)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(xié)助探索冰封的行星，以獲取生命和數(shù)據(jù)，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(tǒng)的建筑材料不同，設(shè)計師不知道什么條件會導(dǎo)致冰失效。我們可以做出有根據(jù)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(fù)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(tǒng)一起運送，從而增加與系統(tǒng)相關(guān)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(fù)能力，它會是什么樣子嗎？

當(dāng)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(fù)的能力時，我設(shè)想了一個有兩種機器人的系統(tǒng)。第一種是探索環(huán)境并收集執(zhí)行自我增強或修復(fù)所需的材料，第二種是某種機械手/制造系統(tǒng)。我論文的一部分包括了這方面的工作。在機械手/末端執(zhí)行器設(shè)計方面，我們正在探索的一個想法是使用電阻絲網(wǎng)格局部融化冰塊表面，并在操縱冰塊和機械手之間創(chuàng)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(dāng)前的重點是設(shè)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(fā)一個末端執(zhí)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(shè)計挑戰(zhàn)是確保最大化連接強度，同時最小化實現(xiàn)它們的能源消耗。特別是在偏遠的環(huán)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(tǒng)只有在設(shè)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(fù)與建造

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