在当前的技术水平下，向火星发射探测飞行器成本较高，且火箭对负载工具的质量和数量有严格要求，常规机器人因体型笨重、动作笨拙无法发挥作用。为此，近年来NASA一直在研究轻量级、可折叠的火星着陆器。今年3月，机器人网曾报道过一则新闻，NASA推出了一款手掌大小的机器人，可用于探索火星熔岩管道。

这款机器人名为PUFFER，即“河豚”，由NASA位于美国加州帕萨迪纳的喷气推进实验室（下简称JPL）打造。工程师们一直试图把绝对小的机器人装入绝对小的空间，他们引入折叠概念，设计出了这款弹出式折叠式探险机器人。

这款机器人可穿越各种地形。它装配有刺状车轮，车轮可根据斜面坡度自动进行调整，实现抓地力最大化。据悉，它最高可适应45°的粗糙斜坡。可折叠设计是为了节约空间。小体积、轻量化的设计除了便于火箭运载，还将有利于机器人之间进行智能协作。

为了了解更多关于PUFFER的信息，机器人网与JPL的PUFFER项目经理Jaakko Karras进行了交谈。

机器人网：据我们所知，PUFFER在设计时直接或间接地借鉴了其他机器人的设计思路，如可折叠机器人、自动折叠机器人、有尾机器人等。除此之外，PUFFER还借鉴了哪些机器人的创意想法呢？

Jaakko Karras：我毕业于加州大学伯克利分校，曾在学校的Biomimetic Millisystems实验室进行研究，PUFFER的许多设计灵感都源于我在学校实验室的各种发现。我入职JPL时PUFFER项目刚启动，我认为未来可折叠机器人在太空探索领域的潜力很大，于是开发了一些SCM（智能复合微结构）可折叠机器人的模型。PUFFER的可折叠底盘大部分由Ron Fearing和他的研究团队合作完成，所以在他们的论文中也有许多关于PUFFER的描述。

机器人网：PUFFER的下趴移动能力与David Zarrouk的研究有一定的关联吗？

Jaakko Karras：我在伯克利上学时David是我的邻桌，所以我对他的研究非常了解。他的研究十分出色，尤其是在轮胎自动调整方面，PUFFER的确从他的成果中吸取了灵感。我们借鉴了David对机器人下趴通过低矮缝隙的研究成果，并把它用于让PUFFER通过火星悬停岩下方的空隙。

机器人网：现在PUFFER已经使用了大量可折叠原件，能变得跟手机一般大小。那它能在现有的基础上变得更小吗？

Jaakko Karras：我们研究了许多纸折的车轮，并决定在这基础上做一些原型设计，以供将来整合使用。可展开的车轮能使PUFFER的折叠率变高，这既提高了航天器集成的紧凑性，又增强了PUFFER在狭窄空间的移动能力。同时，可折叠的车轮设计将加强轮子的耐磨性和抗冲击能力，轮子是探测器与地面接触时的第一个接触点，独特的折叠设计可降低机器人弹跳着陆时受到的冲击。

PUFFER折叠身体通过狭窄通道

机器人网：可折叠机器人如何保障本身的耐用性和可靠性？

Jaakko Karras：可折叠设计对于机器人的耐用性和可靠性来说有利有弊。我们曾实验把PUFFER从1米高的平台上推下来，无论是泥地还是混凝土地面，它都完好无损。对于PUFFER来说，可折叠底盘提供了足够的灵活性和柔韧性，使它能承受落地时受到的冲击力。伯克利集团旗下有一款可折叠的有足机器人，能从十层楼的楼顶跃下而保持无损。

但可折叠设计也存在弊端，其中最大的挑战是弯曲铰链的耐久性。因为机器人有轻量化的要求，这些铰链都必须由轻薄、柔软的材料制成，而这些材料往往容易出现撕裂和因老化引起的裂纹。此外，这些铰链上还会布置许多铜迹线，用以连接电池、主机和机器人各部位，为了保证机器人能正常、持久地展开各项工作，我们必须保证这些铜迹线的使用寿命能支持机器人进行最大限度的折叠展开。我们的一个设计思路是将一块非常耐撕裂的Nomex织物层层压到刚性柔性PCB上，然后将其用作挠曲材料，而不是使用常规的用于连接刚性PCB部分的传统聚酰亚胺材料。这样一来，我们可以安心地把铜迹线布置在聚酰亚胺薄膜上，因为铰链不再需要被反复机械弯曲，所以铜迹线的寿命也大大延长了。

机器人网：听起来PUFFER的最终尺寸还没有确定，您能谈谈JPL对机器人体积的考量吗？

Jaakko Karras：我们之所以还没有确定PUFFER的体积是因为这需要由具体任务来决定。大型PUFFER能携带更多仪器、更多电池和更多太阳能电池板。它将有更大的功率，能在更粗糙的地面上移动。而小型PUFFER虽然负荷有限，但它更灵活，能广泛适用于各地形。

机器人网：多功能PUFFER是怎么运作的呢？PUFFER之间的智能协作又是怎么展开的？

Jaakko Karras：在一些具体的场景中，机器人协作调查是很有必要的。如在一个陡峭的斜坡上，机器人需要爬上陡坡去执行探索任务，但这个坡度已经超出了单个机器人的能力范围。这时候，多个机器人连接到一起共同爬坡将大大降低任务难度。再如PUFFER被指派去探索一个深层网状洞穴，在调查过程中，单个机器人会很快失联，并就此报废，如果多个机器人依次进入洞穴，后方的PUFFER可作为联络中继器，帮助回传数据。

PUFFER在南极进行测试

机器人网：您能设想一下未来PUFFER的工作场景吗？

Jaakko Karras：之前提到的探索洞穴是一个很好的例子，将来PUFFER能代替科学家进入尚未开发的危险领域进行科学调查。执行这个任务时，一个父级流动站将在距离洞口50米左右（保持安全距离）的范围内发布命令，同时它会弹射出多个PUFFER。PUFFER落地展开后，会根据父级流动站的图像信息进入洞穴。进洞后，PUFFER会将相机拍摄的图像回传给流动站，由流动站判断将前往哪里。如果洞穴过深，后方PUFFER将组成一个中继链，保持洞内“通信”无阻。大部分高级自主判断计算将发生在流动站上，所以父级流动站的智能化水平会更高。

机器人网：对于PUFFER来说，什么样的地形比较有挑战？机器人将如何适应各种地形。

Jaakko Karras：因为PUFFER体型小巧，所以它能穿越复杂地形，探索流动站无法到达的洞穴、隧道。但在穿越极度不平坦的地形时，机器人需要在路径规划上发挥更多的创造力。之前提到的可折叠车轮可以说是性能最优秀的轮子：它能展开叶片提供更大的抓地力，帮助机器人通过满是障碍物的地形，当进入平坦的密闭空间后，它又能回缩叶片，降低轮胎与地面的摩擦力。

此外，我们在参考了攀爬机器人的基础上针对火星地形为PUFFER设计了独特的轮尾，并在胎面添加了许多微型特征，这些都将提高PUFFER的移动能力。

机器人网：设计团队的下一步计划是什么呢？

Jaakko Karras：PUFFER的原型硬件已经开发得差不多了，接下来，我们会把工作重心放到父级流动站上，研究发布指令、进行自主判断的控制软件。这项工作才刚刚开始，但其中有许多令人激动的挑战，尤其是控制PUFFER进行智能协作方面。