我國首個“星際礦工”誕生

科學(xué)導(dǎo)報訊 近日，我國首臺太空采礦機器人在中國礦業(yè)大學(xué)誕生。

中國礦業(yè)大學(xué)劉新華教授團(tuán)隊研發(fā)的多功能太空采礦機器人，與時下火爆的人形機器人以及機器狗等不同。太空采礦機器人的基本形態(tài)為六足模式，有三個輪足和三個爪足。劉新華說，之所以這樣設(shè)計，主要是為了適應(yīng)太空中的微重力環(huán)境。

在地球重力環(huán)境下，機器人本身的重量就足以支撐鉆頭鉆進(jìn)，而月球重力只有地球的六分之一，小行星上大多是低微重力，如何讓鉆頭順利鉆進(jìn)星體表面就成了大問題。

為了解決失重帶來的漂移，科研團(tuán)隊想到了模擬昆蟲的爪刺結(jié)構(gòu)，于是為太空采礦機器人設(shè)計了特殊的爪刺足。

“這屬于陣列式爪刺，在微重力環(huán)境下，它的附著能力更強，抓地能力更強。在微重力環(huán)境下能讓它固定住進(jìn)行采樣，還能根據(jù)地形進(jìn)行移動。”劉新華說。

不僅能適應(yīng)太空的微重力環(huán)境，“采用仿生六足移動結(jié)構(gòu)”，機器人足末端有車輪和錨固結(jié)構(gòu)兩種配置，也讓它可以在小行星坑洼不平的地面上行走。目前，太空采礦機器人原型機已向有關(guān)部門申請專利，并且通過了初審。

劉新華說，目前已實現(xiàn)了微重力等效實驗，機器人在模擬月壤的環(huán)境下實現(xiàn)行走、錨固，甚至采樣。

太空采礦機器人要在太空星體上完成探礦采礦工作，不僅要面對微重力，還要面對極端溫差、真空等一系列難題。如何讓機器人練就“十八般武藝”？劉新華教授團(tuán)隊給太空采礦機器人搭建了一個特殊的“訓(xùn)練場”。

“我們搭建的環(huán)境主要考慮兩個方面，一是模擬近地小行星表面的風(fēng)化程度，主要以沙壤為主。二是微重力環(huán)境，我們設(shè)計的懸吊機構(gòu)，通過垂直的懸吊抵消它的重力，實現(xiàn)微重力的變化。”中國礦業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院副教授華德正說。

團(tuán)隊成員介紹，經(jīng)過在沙盤上不斷訓(xùn)練，目前通過六足差動系統(tǒng)懸架、離合器等協(xié)同工作，太空采礦機器人已可以根據(jù)工作環(huán)境調(diào)整自身結(jié)構(gòu)形狀，適應(yīng)地外星體的復(fù)雜地表環(huán)境。

要掌握更多勘探的絕活，太空采礦機器人還需要到中國礦業(yè)大學(xué)深地工程智能建造與健康運維全國重點實驗室進(jìn)行“進(jìn)階訓(xùn)練”，這里可以精準(zhǔn)模擬月球表面極端環(huán)境。

該實驗室副教授李瑞林介紹，這個設(shè)備主要是將月球的原位環(huán)境模擬出來。“環(huán)境模擬出來后，再采用和月壤性質(zhì)相似的模擬月壤，將月球地層的特性高保真重現(xiàn)出來。這時候我們再去做實驗，實際上跟月球上的數(shù)據(jù)是接近的。”