一个跳跃机器人可以跳过土卫二的间歇泉

运动使事物运动，某些形式的运动使它们比其他运动更好地运动。这些更有效的运动类型会根据环境而变化，对于太空探索来说更是如此。可能在地球甚至其他行星上运行良好的方法，如直升机，在其他行星上可能完全无用。但是，专门的运动形式比比皆是，美国国家航空航天局高级概念研究所（NIAC）今年的第一阶段资助包括更仔细地研究一种这样的专门形式 —— 跳跃。

横跨羽流的腿式探测（LEAP）项目将利用一个专门设计的跳跃机器人来探测从土卫二喷出的大量羽流的下部。这个概念是基于Salto跳跃机器人，最初是由加州大学伯克利分校的一个团队开发的。Justin Yim现在是伊利诺伊大学的教授，也是NIAC第一阶段的资助者，他的博士论文中就有这方面的研究。

Yim博士详细介绍了Salto的独特之处。由于其尺寸仅为50厘米左右，重量计划不到0.5公斤，Yim博士认为该机器人可以在土卫二表面水平跳跃100米以上。

这是在这颗冰冷的卫星上进行其他形式运动的一个显著优势。土卫二没有大气层，所以飞行必须由火箭提供动力，而火箭会耗尽燃料，而不是像“匠心”号在火星上那样由转子提供动力。然而，它的表面又结冰又不平坦，这使得漫游者无法通过。

然而，跳跃则是两全其美。它需要相对较少的电力，因此可以多次完成而不会耗尽机器人的电池。但它也与地形无关，在最具挑战性的部分上空翱翔。它还将允许机器人直接跳过土卫二喷射到土星系统的羽流的下部，这些羽流的残余形成了土星壮观的环之一。

没有其他形式的运动能够如此接近羽流的来源，因为这些羽流是土卫二上最有趣的部分，近距离研究它们有很多原因。其中一个特别的任务是土卫二轨道探测器，这是2023年十年调查支持的旗舰任务，它将能够捕捉到间歇泉在其轨道路径上飞过间歇泉时的上部，但无法收集到其下部的任何数据。至少按照最初的设想，它的着陆器无法穿过间歇泉。

不过，LEAP可能会搭上这个系统的便车。利用着陆器作为发射平台将节省机器人本身的大量设计工作。它甚至可以使用Orbilander作为充电站，使它能够探索更远的地方。

不过，也有一些挑战 —— Salto最初的设计只有一个反应轮，这使得工程师可以控制机器人的俯仰，让它能够像电子游戏中的角色一样，在多次跳墙时调整脚的位置。然而，要真正控制它自己，LEAP还需要另外两个反作用轮来控制偏航和滚转，这样工程师就可以直接控制机器人的三个方向轴。Yim博士补充说，作为第一阶段研究的一部分，研究人员计划评估使用这些反作用轮来控制这三个维度的运动，以帮助机器人在摔倒时扶正。不可避免的是，考虑到土卫二粗糙而冰冷的光滑表面，它最终会不可避免地摔倒。

正如Yim博士与Fraser讨论的那样，机器人总是在尺寸、重量和能力之间进行权衡。即使是更大版本的LEAP也不一定能像小版本那样飞行得那么远或那么高效 —— 尽管它们可能能够携带更多的有效载荷。小型跳跃机器人的局限性之一是其跳跃能力受到质量的限制。因此，Yim博士希望LEAP能够携带简单的仪器，如流量计和相机，进入羽流，而不是像质谱仪这样更花哨的仪器，它可能提供更多的信息，但对于跳跃来说太笨重了。

像所有NIAC第一阶段的项目一样，这个项目仍处于早期开发阶段。这一轮的结果预计将是一个案例研究，显示在任何未来的设计或原型设计中必须考虑的参数。不管它最终是否在土卫二上，LEAP背后的跳跃概念似乎是许多未来机器人的重要运动方式，所以期待在不久的将来看到更多的跳跃在你身边。

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