软体机器人解决着陆问题勇闯小行星

小行星带处处弥漫着机遇和未知，蕴藏着丰富的资源和科学奥秘。

如何在这些微小的天体上安全着陆和活动？这是许多工程师都考虑过的问题。传统的硬体机器人降落在脆弱的小行星表面时，极有可能会破坏表面的结构，无法获取有效样本或进行持续探测。

一种新型“软体机器人”可能为小行星任务带来突破。

01 脆弱的小行星面临硬着陆难题

让机器人航天器安全在月球或行星上降落，已是十分困难的事情。想要在小行星着陆，更是难上加难。

与巨大的行星不同。小行星表面重力极其微弱，甚至可能只有地球的几百万分之一。微重力环境给航天器的着陆和活动带来了巨大挑战。传统依靠推力器降落的“硬着陆”方式难以实现精确控制，很容易就会破坏小行星松散的表面结构，这将严重影响对小行星成分和演化历史的研究。

NASA的 OSIRIS-REx 任务就是采用非常保守的方式接触小行星 Bennu。Mike Moreau对此表示：我们不想在不必要的情况下长时间处理与表面实际接触的不确定性。”因此，他们设计了一个方案，在16秒内通过长采样臂刺探小行星。

以当前技术而言，我们距离真正意义上的小行星“着陆”还有很长距离。

02 舒缓降落：软体机器人的设想

针对微重力环境的特点，科罗拉多大学的Jay McMahon教授团队，提出了一个大胆设想：研发“软体机器人”——AoES，实现小行星的柔软着陆。这种机器人充分利用电磁吸附、静电粘附等微弱力进行降落和表面活动，不需要依赖推进剂和机械锚定，可以达到“零碰撞”的舒缓降落。

软体机器人外形设计成多片花瓣状，类似睡莲。花瓣由弹性材料制成，可以在不损坏表面地形的前提下覆盖小行星表面积较大区域，花瓣还可以旋转伸展，利用轨道速度和太阳辐射压进行轨道调整和缓慢降落。

软体机器人可以利用小行星表面电荷分布进行电磁吸附。小行星表面充满了各种尘埃颗粒，会产生复杂电荷分布和电场，正如壁虎利用分子间相互作用吸附在墙面，软机器人也可以通过控制部分花瓣的电荷云来吸附在小行星表面。

另一种附着方式是利用静电力。虽然小行星表面静电力微弱，但软机器人可以通过巨大的表面积积累足够的静电黏附力。调整部分花瓣的电荷状态，就可以使软机器人 移动位置。这种运动方式无需燃料推进，也不会对小行星造成二次污染。

03 长期监测与资源利用

如果软着陆成功，软体机器人将可以在小行星表面长期活动，开展各种科学探测。它可以在表面遍布传感器，监测磁场、热流、电荷分布等信息，揭示小行星的形成机制和演化历史。从长远来看，这对小行星资源的开发利用意义重大

04 技术难点：导航、动力与控制

利用软体机器人进行小行星着陆的概念极具吸引力，但要实现也面临重重技术挑战，最关键的问题是导航与控制。

在复杂、未知的小行星环境中，软体机器人想要实现精确降落和表面导航，它需要具备避障和自主规划能力。与刚体相比，软体机器人的动力学和控制系统更加复杂，花瓣手臂的每一次变形都会改变整体质量分布和动力学参数，控制算法必须做到高效精准，并且对未知环境有足够适应能力。

长时间太空飞行对软体机器人的材料和结构也带来严峻考验。它必须能够抵抗高辐射和极端温差环境，并且具有在失效时能自修复能力。

减少质量和提高结构强度是该领域需要突破的另一个难题。要在极端的微重力环境下活动，软机器人必须纤薄轻盈，但过于薄弱的结构也难以为运动和采样任务提供动力，所以必须在不增加过多质量的前提下保证执行任务所需的强度和刚性。

05 未来可期

尽管挑战重重，软着陆的梦想仍持续推动着这个领域的进步与创新。科罗拉多大学团队从2017年就获得了NASA的研究资助，他们目前正在探索部分软机器人技术是否可以服务卫星在轨维修和太空垃圾清理。

软体机器人能否为人类开拓小行星的探索之旅，我们拭目以待。