NASA 部署机器人智能以增强宇航员和工业的能力

PickNik 的 MoveIt Pro 的开发部分得到了 NASA 的资助和帮助，可在两个 Amazon Web Services 学习中心的大厅中自动进行机械臂演示。 （图片来源：PickNik Inc.）

成为一名宇航员并不总是光鲜亮丽。

美国宇航局休斯敦约翰逊航天中心灵巧机器人团队的负责人肖恩·阿齐米（Shaun Azimi）表示，空间站上的机组人员大约三分之一的时间都花在从补给舱中拖运货物并将垃圾袋带回来。这还是七名全职工作人员的情况。

随着美国宇航局计划在以后的阿尔忒弥斯任务中延长宇航员在月球及其周围的停留时间，该机构希望机器人能够接管其中一些琐碎的工作，让宇航员能够腾出更多的时间来做他们在那里的科学和探索工作。问题是，虽然科幻小说中的机器人通常可以冒充人类，但开发现实世界的机器人（更可能类似于移动的六关节手臂）来执行最简单的人类任务却极其复杂。

新加坡的 Hivebotics 正在使用 MoveIt Pro 的定制版本来实现其旗舰产品——名为 Abluo 的卫生间清洁机器人的自动化。 （图片来源：PickNik Inc.）

PickNik Inc. 首席软件工程师 Ezra Brooks 表示：“从历史上看，机器人操纵就像工厂里的一只大手臂，将汽车底盘从一条传送带移动到另一条传送带。”他指出，一遍又一遍地重复这套预先编程的动作不需要任何智能。

让机器人在非结构化环境中识别物体、接近它并对其进行一些操作是一项完全不同且困难得多的工作。这是总部位于科罗拉多州博尔德的 PickNik 在航天局的帮助下克服的挑战。

例如，该公司与约翰逊公司的机器人专家合作，验证了一种软件，该软件使机器人能够识别航天器上的舱门（包括门闩、把手和铰链），然后转动门闩、抓住把手并打开门。

PickNik Robotics 的 MoveIt Pro 机器人控制软件的用户界面展示了该公司与汽车制造商 BMW 所做的工作，旨在使装配线机器人更有能力处理意外情况。 （图片来源：PickNik Inc.）

布鲁克斯说，仅仅规划从机器人手臂关节的给定起始配置到为下一个动作设置的结束配置的运动“需要一些非常聪明的数学和大量的CPU马力”。 “然后，一旦你实际执行该轨迹，软件就会告诉机器人它需要进行的所有微小运动。它会发送命令，说以这个速度移动这个关节或移动到这个稍微不同的位置，每秒可能多达 1,000 次。”力反馈算法让机器人知道它何时抓住了闩锁，控制算法决定了机器人使用多大的力来转动它。

虽然为月球操作准备机器人还有很多工作要做，但在 NASA 的帮助下开发的 PickNik 软件已经在地球上找到了应用。

约翰逊的这项工作由小型企业创新研究 (SBIR) 计划资助，是在该中心新的机器人操作集成移动评估测试台 (iMETRO) 上进行的。在那里，该团队还证明了该软件能够使国际空间站上使用的那种手臂提升货物转运袋进出舱口和储物箱，以适应未来机器人的阿尔忒弥斯任务。

与 Azimi 一起测试的 PickNik 软件（现在称为 MoveIt Pro）是在 NASA 和太空军的 SBIR 资助下开发的，NASA 的 SBIR 合同进一步帮助完善了其用户界面，提高了其自主性和从故障中恢复的能力。

早期的阿耳忒弥斯任务将是短暂的，但最终，四名左右的宇航员可能每年在月球和月球轨道上的一个名为“门户”的空间站中度过一个月。阿齐米说，在剩下的 11 个月里，机器人可以装卸物资，并进行简单的检查和维护工作，让下一批船员能够充分利用逗留时间。 “我喜欢将其视为一种使我们为将人类送上月球表面而花费的资金价值最大化的一种方式，”他说。

他指出，同样的机器人可以在一些公司正在为近地轨道建造的商业空间站上发挥类似的作用，这些空间站也可能只配备兼职人员。

阿齐米表示，目前，PickNik 正在地球上建立商业客户群，这有助于为产品开发提供资金并使其可持续发展。 “因此，我们通过 NASA SBIR 进行的开发重点关注陆地用例和太空用例之间的差距。”例如，地球和月球之间不一致的通信将需要更多独立的机器人。当操作人员在 240,000 英里之外时，远程解决出现的任何问题的能力将变得更加重要。但所有这些功能在地球上也能派上用场。

在约翰逊航天中心的机器人操作综合移动评估测试台中，PickNik 机器人控制软件证明了其在将货物转运袋通过舱口并将其放入存储箱等任务中的能力，这是 NASA 希望机器人在以后的阿尔忒弥斯任务中执行的工作的预期。 （图片来源：美国宇航局）

布鲁克斯表示，如果没有 NASA 的早期资助，这家拥有 35 名员工的公司可能无法开发出商业产品。他说，在机器人技术领域，“你必须进行多年的研究和迭代开发，试图改进算法并进行严肃的科学研究，才能达到甚至拥有可以销售的独特产品的程度。” NASA 资助了大部分基础工作。

而且，他说，与世界领先的机器人组织之一合作很有帮助。 “从能够深入研究几乎没有人遇到过的真正困难问题的深层角度来看，与 NASA 合作确实是有益的。”

事实上，布鲁克斯作为 NASA 承包商在执行该机构的在轨服务、组装和制造 1 任务时遇到了其中一些问题，这是一个雄心勃勃的机器人项目，在他前往 PickNik 几年后最终被取消。他表示，这项工作帮助他预见并解决了 MoveIt 团队将遇到的挑战。

布鲁克斯表示，由 NASA 资助的所有软件开发都已纳入该公司的旗舰产品 MoveIt Pro 中。该软件于 2023 年发布，已拥有重要的客户群。宝马正在利用它为其机器人装配线带来更多智能，并在两个 Amazon Web Services 学习中心的大厅中自动进行机械臂演示。

一家名为 Lightspeed 的公司正在使用 MoveIt Pro 对巨大的机械臂进行编程，以建造墙壁、屋顶和地板的“面板”，试图解决全国范围内经济适用住房短缺的问题。 PickNik 定制了该软件，帮助新加坡的 Hivebotics 实现其旗舰产品——名为 Abluo 的卫生间清洁机器人的自动化。

不过，布鲁克斯表示，为了让 MoveIt Pro 有一天能够在太空中实现机器人自动化，工程师和太空机构将需要做大量工作，以建立对太空任务机器人智能的信心。 “它比任何其他曾经飞向太空的软件都要复杂得多。”

但阿齐米表示，付出的努力是值得的。他说，能够进行后勤工作的机器人可能会进行设施维护，甚至在机组人员离开时保持科学实验的运行。 “机器人在这 11 个月里能做的任何事情，如果你根本不具备这种能力，你就会领先于你。”

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