如何建造更好的外星机器人

在海滩上跑步与在铺砌的道路上跑步可以改变运动员的步幅、速度和稳定性。改变重力，跑步者可能会打破他们的个人记录或沉入地下。研究人员在设计外星漫游车和着陆器时必须考虑这些参数——它们可以在无人涉足的地方进行拖网作业。为了更好地为这项工作提供信息，一个多机构团队使用国际空间站上的人造重力发生器分析了模拟风化层的流动，模拟风化层是一种覆盖月球和岩石行星的碎片碎片。

他们于 8 月 8 日在《自然》杂志《npj Microgravity》上发表了他们的研究成果。

“研究低重力条件下覆盖地外天体的风化层的流动特性对于太空探索着陆器和漫游车的可靠设计和分析至关重要，”横滨国立大学教授、通讯作者 Shingo Ozaki 说。“风化层是一种潜在的蓬松粉状颗粒材料，是着陆器或漫游车的主要关注点;在如此松散的土壤上着陆是勘探过程中的一个关键阶段，因为起落架的脚垫可能会埋入风化层中。”

精神号是 2004 年登陆火星的双胞胎火星车之一，在执行任务六年后就成为风化层的受害者。它的轮子不可挽回地卡在风化层中，迫使其终止。

“这个问题阐明了轮-土相互作用力学的重要性，”尾崎说。“这些机器(例如起落架或移动系统)在不同重力加速度水平下的颗粒介质上的机械相互作用模型是其可靠设计和分析的关键。”

在这项研究中，研究人员提出了一种实验方法来研究各种重力条件如何影响八种沙子(包括模拟风化层)在数小时内的行为。先前进行的持续时间较短(仅几秒)的实验表明，颗粒介质的流动动力学取决于重力加​​速度。然而，尾崎表示，实验设施不具备长时间测试流动动力学的能力。为此，他们需要在太空中——特别是在国际空间站(ISS)。

在那里，专门设计的沙漏容器被放置在国际空间站的日本实验舱中，该舱配备了离心机，可以提供长期、稳定的人造重力条件。每个容器都装有在地球、火星或月球上发现的模拟风化层或沙子。在七个多小时内，研究人员对容器施加了各种人工重力条件，并研究了颗粒材料如何流过沙漏形状的狭窄颈部。

“实验中的人工重力条件被证实对于研究颗粒介质的重力相关流动是合理的，”尾崎说。“然后我们发现，即使在低重力下，一些沙子的流动特性在数量上也遵循众所周知的物理定律。”

研究人员还证实，沙子的堆积密度(即颗粒材料的致密程度)会随着重力而降低。换句话说，重力较小时，沙子会变得更蓬松，对车辆来说可能更危险。

接下来，研究人员表示，他们计划研究低重力条件下作用在沙粒上的重力和粘附力之间的竞争行为。

尾崎说：“依赖于重力的流动和沙子的堆积密度的特征可以用作机械模型和参数集的基础，以预测低重力下机器和风化层之间的相互作用。”他解释说，这些信息将提供更好地预测表面介质行为如何影响与车辆的交互所需的基础信息。

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