自主机器人蜂群：进行空间和地面探索的新系统

21世纪的曙光见证了机器人、人工智能和自主技术的巨大进步。在这些发展中，机器人蜂群也是一个备受关注的方向——协调多个自主机器人集体完成复杂的任务。在太空和地面上使用成群的自动驾驶设备的想法确实很有吸引力。它们为未来的探索任务提供了新的方式，增加了一层冗余、效率和复原力，并扩大了我们探索难以到达地形的能力。

美国宇航局的Starling任务说明了在太空中使用自主机器人蜂群的一个例子。这项任务涉及一组四颗六个单元（6U）的立方体卫星被发送到地球轨道，以测试卫星之间的自主合作。它们旨在在没有任务控制实时更新的情况下运行，专注于为未来的深空任务开发关键技术。

Starling任务的目标是多方面的。它旨在建立一群能够作为自治社群运作的小型卫星，熟练地应对环境并作为一个团队工作。他们需要自主机动以保持分组，创建一个灵活的通信网络，跟踪彼此的相对位置，并独立响应新的传感器信息。

Starling正在测试的关键进步之一是使用移动临时网络（ Mobile Ad-hoc Network MANET），这是一个由无线连接的设备组成的通信系统，可以根据网络条件自动重新路由数据。有了这项技术，Starling航天器可以随时在太空中创建和维护网络。此外，Starling任务正在进行分布式航天器自治（ Distributed Spacecraft Autonomy，DSA）实验，以了解航天器是否可以集体收集和原地分析科学数据，并合作优化数据收集以应对环境变化。

机器人蜂群不仅在太空中取得了长足进步，而且在地面上也取得了非常大的进步。苏黎世联邦理工学院开发的ANYmal 就是一个例子。这些四条腿的机器人类似于大型金属昆虫，旨在穿越与月球和火星相似的恶劣地形。它们能够跨过可能损坏或阻碍轮式漫游车的障碍物，从而降低通过锋利边缘或松动的风化层相关的风险。

ANYmal机器人作为一个团队运作，每个团队成员机器人都专门负责特定的功能，但仍然足够灵活，可以相互掩护——如果一个出现故障，其他团队成员可以接管其任务。在测试期间，机器人展示了他们在复制的类似月球和火星地形的环境中的能力，成功地对感兴趣的位置进行探索和收集数据。

未来的研究旨在赋予这些机器人完全的自主权，允许它们独立操作和重新分配任务。这将提高系统可扩展性，特别是在火星探索等具有挑战性通信环境的应用中。从本质上讲，这些长腿的机器人将来可以补充漫游车和空中航天器，进入传统漫游车无法到达的危险的区域，从而使探索更有效率。

机器人蜂群的潜力是巨大的。通过结合冗余，即使单个机器人出现故障，这些自主系统也可以继续运行，从而确保任务的稳健性。与单辆自主设备相比，它们还可以覆盖更广泛的勘探区域。此外，这些机器人群可以集体处理数据并响应环境变化，提供实时分析和反应，而无需与任务控制中心持续通信。

机器人蜂群的吸引力在于其固有的系统弹性、效率以及处理单一自主系统能力之外的任务的能力。毫无疑问，当我们继续探索太空和地球的未知区域时，这是一个令人兴奋的新工具系统。