一款設計成“長腿爹地”蜘蛛形象的機器人可能即將幫助科學家探索火星上的下一個前沿領域：洞穴。這款名為 ReachBot 的機器的部分原型已經展示了其能力，正如週三發表在《科學機器人》雜誌上的一項研究中所述，它可以抓住加利福尼亞州莫哈韋沙漠天然洞穴的不平牆壁。
測試表明，ReachBot 獨特的抓握機制和蜘蛛綱動物的結構可能對地外探險有用。“如果你真的想探索[火星]洞穴內部的各個角落，ReachBot 將是難以匹敵的，”高階研究作者、斯坦福大學機械工程教授馬克·庫特科斯基說。
已經有六輛探測車成功登陸火星，但該行星的大部分地區仍未被探索——包括其洞穴和熔岩管，即由熔岩形成的地下通道。“除了地震測量和穿透雷達外，地下從未真正被檢查過，”亞利桑那大學工程學副教授、愛德華和瑪麗亞·基奧尼吉安捐贈教席沃爾夫岡·芬克說，他沒有參與 ReachBot 的研究。一些天體生物學家認為，這個廣闊的地下網路可能是火星上最有可能蘊藏過去或現在外星生命跡象的地點。洞穴也可能是人類居住的潛在場所。
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在距離地球 1.4 億英里的不規則、未繪製地圖和下降地形中導航顯然需要一些高度專業化的裝置。為火星洞穴探索提出的其他機器人包括類似犬科動物的四足NeBula-SPOT和熔岩地下結構深度自主下降與探索 (DEADALUS) 裝置，後者將透過繫繩從地面鑽機懸掛到坑中。芬克說，像 ReachBot 這樣的抓握機器可能提供一些優勢——例如，能夠進入地面探測車或短程飛行無人機無法觸及的牆壁和天花板區域。ReachBot 強大的肢體也可能鑽取巖芯樣本並執行其他強力任務。
為了製造能夠穿越大面積區域且仍然輕巧靈活的裝置，庫特科斯基和他的同事從蜘蛛綱動物中獲得了靈感——特別是被稱為 harvestmen 的長腿蜘蛛親戚，又名長腿爹地。ReachBot 有一個小的中央主體和最多八個附肢。這些肢體，或稱臂杆，可以是剛性的或捲起來的，就像金屬捲尺一樣。（在小規模實驗室測試中，工程師們使用普通捲尺作為更昂貴的碳纖維材料的替代品，這些碳纖維材料將用於太空。）
每個臂杆的末端是一個三指夾爪，配備了由縫紉針製成的“微刺”，這有助於機器人牢固地抓住粗糙的岩石。這些夾爪透過在每個臂杆上保持均勻的張力來穩定機器人，庫特科斯基將這種功能比作“腳踏車輪上的輻條”。中央主體和夾爪上的攝像頭和感測器使 ReachBot 能夠感知周圍環境並選擇放置其機械手的位置。這款緩慢移動的機器人旨在透過一次拆卸和重新定位一個臂杆來有條不紊地前進，而中央主體則隨著臂杆的伸展和收縮而移動位置。
“從純粹的機器人技術的角度來看，這是一個非常棒的想法，”芬克說。不過，他對像 ReachBot 這樣複雜的機器人在火星洞穴中可能如何保持完好表示擔憂，因為在那裡可能會發生很多錯誤，而且維修很困難。“人們幾乎更喜歡更簡單的東西，”他說，他指的是美國宇航局噴氣推進實驗室的沙灘球式風滾草探測車概念設計。
庫特科斯基說，最大限度地減少脆弱性和管理運動部件是持續關注的問題，但他指出，ReachBot 內建了一些保護性冗餘；一兩個損壞的肢體不會阻止其發揮作用。庫珀聯盟科學與藝術促進會的機械工程助理教授、未參與這項新研究的機器人研究員米歇爾·羅森也看到了八個附肢的價值。“像這樣的冗餘是一件非常好的事情，尤其是在你考慮行星探索時，”她說，並補充說，概念驗證工作“非常引人注目”。
ReachBot 的三指夾爪牢固地抓住洞穴牆壁中的把手。
BDML 斯坦福大學
2023 年，首席研究作者、斯坦福大學機器人專家陳東尼與他的一些共同研究人員徒步穿越莫哈韋沙漠，前往一個因其可能與火星洞穴相似而被選中的熔岩管。他們在那裡用安裝在三腳架上的單臂杆版本的 ReachBot 進行了測試，以瞭解它在熔岩管壁上識別抓握點的效果。陳說，感知系統“效果非常好”，可以定位合適的機器人把手。機器人的臂杆和夾爪機構也如預期的那樣工作，伸向這些點並牢固抓握。
但團隊沒有計劃到的一件事是熔岩管記憶體在的磁性塵埃量之大。含鐵的汙垢在為期三天的測試中沒有使 ReachBot 失靈，但“機器人內部積聚了如此多的灰塵”，這可能會構成長期問題，陳指出。未來的設計將不得不處理此類侵入，特別是如果像 ReachBot 這樣的機器註定要前往遙遠、塵土飛揚的世界。“我們離真正登上火星還很遙遠，”陳說。這對於地球上的機器人原型來說是一小步抓握，暗示著我們在瞭解其他行星表面之下隱藏著什麼方面邁出了一大步。