作者：Mickey
上週，北京低溫跌破21世紀最低紀錄，達到零下20度。潑水成冰不只是東北的獨有景觀，北京的小夥伴也體驗了一把快樂。
北京日報記者在北京體驗潑水成冰
週末，青島海浪被凍住還上了熱搜。
作為最常見的物理現象之一，“冰”是我們身邊常見又陌生的材料，做冰屋、刻冰雕，也是人們一直以來喜聞樂見的活動。
不過，在科學家的眼中，冰又有不一樣的用途。
最近，來自費城賓夕法尼亞大學GRASP實驗室的科學家Devin Carroll和Mark Yim就用
“冰”
這種材料做了一項有趣的操作——
一輛能自己給自己換輪子、修外殼的科考車。
聽起來似乎非常炫酷，但文摘菌看到的雛形還是失望了一把。
冰做出的車身非常簡陋，身上還揹著兩塊電板
雖然看起來個頭小，但是動起來還是非常靈活，可以在各種地形行進，進行需要完成的動作。
比如
斜坡上行
。
或者是推開擋住自己前行的障礙物，繼續往前走。
科學家解釋稱，目前放出的影片中的“迷你冰車”還是個
設計雛形
，未來，更大的冰車可以承載重要的
考察任務
，去南極或者火星上進行考察探索。
目前，這一研究論文已經被
IROS 2020
智慧機器人與系統國際峰會（
IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems）收錄。
論文傳送門
http：//ras。papercept。net/images/temp/IROS/files/2114。pdf
科考車為啥要用冰做？
看到這裡，你可能和文摘菌一樣有個疑問，科考車為啥非要用冰做？說好的先進的太空奈米材料呢？
回答這個問題之前，我們先看看傳統的科考車都啥樣？
去年七月份，我國首次火星探測任務“天問一號”探測器的火星車，使用的熱控材料是新型保溫材料——
奈米氣凝膠
，因為火星表面有稀薄的大氣，必須針對這一特殊的太空環境採用新的保溫材料。奈米氣凝膠很輕，有非常好的隔熱效能。此外，火星車還採用了
鋁蜂窩夾層、鋁基碳化矽、複合纖維材料等多種新材料
。
這些科考車的外殼雖然堅固輕薄，但是都面臨一個很大的問題，壞了之後因為
缺乏材料
很難修復。
其實，科考車的故障並不會特別複雜，很可能是由於行進過程中的意外障礙磕碰，導致的簡單問題。
如果在修理站，稍微修復就能繼續使用，但是由於這些機器車不是為維修而設計的，送回修理的費用有很高。並且，即使“火星漫遊者”確實有能力在磨損後更換自己的輪子，但這些罕見的複合纖維材料在火星、南極都非常難以獲取。所以一旦損壞，即使是微小的問題，這些探索車都很可能被廢棄。
因此，
尋找必要的材料
以保持機器人在極端環境中執行，成為了科考機器車研究者們的重要課題。
過去的這些年，科學家們已經設法很好地解決了電源問題，通常利用太陽能就能保持其動力供給。
雖然不能用太陽能來製造輪子，但是可以用遍佈整個太陽系的另一種易得材料製造輪子和其他結構部件——
冰
。
冰這種材質的優點顯而易見，堅固、易得、容易粘黏調整。並且，冰遍佈整個太陽系，勘探機器人可以將其用作消耗類結構材料。
“Mark和我開始探索用新型材料建造機器人的想法，以此為在遠端或敵對環境中執行的機器人系統增加魯棒性，其次要目標是降低系統成本，”冰車創始人Carroll稱在接受IEEE採訪時稱，“我們最終確定了冰這種材料。氣候變化使許多人對南極和冰蓋感興趣，而美國國家航空航天局（NASA）和其他太空探索團體則在向恆星尋求冰和水。因此，冰是最合邏輯的選擇。”
目前，費城賓夕法尼亞大學GRASP實驗室已經開始了用冰製造機器車的工作，不過他們也承認，無法用冰製造致動器、電池或其他電子產品，而且冰永遠不會像鈦、碳纖維或任何其他材料那樣高效地用作結構材料。
但是冰可以在很多不同的地方找到，而且冰的修改方式也非常獨特-加熱可以用來切割和雕刻冰，也非常容易粘合起來。
科考冰車在哪裡可以工作？
IROS的論文探討了使用增材製造和減材製造工藝從冰製造機器人結構部件的不同方法，目的是為能展現“
自我重構，自我複製和自我修復
”的機器人開發一種概念。”
那麼，什麼樣的環境可以使用一臺科考“冰”車呢？
科學家們假設，這臺機器車會在有冰的環境中執行，首先環境溫度足夠冷以使冰保持穩定，其次，還應足夠冷以使機器人產生的熱量不會導致結冰。
對於冰材料的打磨雕刻，對比了磨刻、3D列印和CNC加工後，研究小組發現，用鑽頭切冰是最節能、最有效的方法，不過還是需要找到一種方法處理打磨過程中產生的廢水和冰刨花，以防它們在不需要的地方凍結粘連。
當然，有時重新凍結又是需要的，因為這是執行諸如放置執行器並將一個零件連線到另一零件的操作。
科研小組目前給這臺車的定位是：一臺在
南極進行科考的機器車
，重6。3公斤。這是一臺手工製作的車體模型，研究人員大多隻是希望用這個雛形表明，冰制機器車也可以移動，並且即使在室溫下，零件也不會掉落。
科學家稱，這臺車距離要實現被定義的自我重配置、自我複製和自我修復功能，還有很長的路要走，但研究人員正在研究之中。
比如，製造機器人並將其安全地運送到現場還存在一些複雜問題。“如果我們先建造它，然後將其運送到部署現場，則必須在整個過程中保持低溫；而如果我們在部署現場製造，則還必須隨系統一起運送製造現場，這會增加與系統相關的總體金錢和能源成本系統。”Carroll稱。
出自機器人鼻祖GRASP Lab
研發出這臺“冰車”的賓夕法尼亞大學GRASP Lab成立於1979年，是一流的機器人孵化器，專注於視覺、感知、控制系統、自動化和機器學習方面的基礎研究。
1961年，機器人技術走出了科幻小說，進入了現實世界。佩恩工程學院內米羅夫斯基家族院長維傑·庫馬爾（Vijay Kumar）曾在機械工程和應用力學，計算機與資訊科學以及電氣與系統工程學系任職，他說服通用汽車安裝了第一臺機器人來處理當年的鋼錠。當年的工業機器人還是些笨拙的機器，必須用螺栓固定在車間。
直到1980年代，工程師首次開始使機器人移動（增加腿部或輪子），讓機器人能夠完成任務，就是從GRASP Lab開始的。從那時起，“機器人可以進入應用程式，整個世界都有可能成為機器人實驗室。”
發展近四十年來，GRASP Lab目前已經成為了專業的機器人研究機構，同時孵化了不少創新機構專案。除了機器科考冰車，GRASP Lab還孵化過帶尾雙足機器人，從袋鼠老鼠身上汲取了靈感，機器人具有準靜態（將尾巴用作支桿）和動態平衡（當尾巴在空中時，機器人可以執行或跳躍但不能站立）的能力，以及敏捷的過渡運動（如跳躍和轉彎）；康復機器人，價格合理的新型治療裝置-機器人，輔助殘疾人士康復訓練等。
參考素材：
https：//spectrum。ieee。org/automaton/robotics/space-robots/robots-made-of-ice-could-build-and-repair-themselves-on-other-planets
https：//mars。nasa。gov/news/8671/nasas-perseverance-rover-goes-through-trials-by-fire-ice-light-and-sound/
https：//www。grasp。upenn。edu/research
https：//new。qq。com/omn/20200802/20200802A0L7QK00。html
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