香港科研力量正積極參與國(guó)家探月工程，突破月球極端環(huán)境下的技術(shù)瓶頸。香港科技大學(xué)領(lǐng)軍的「香港太空機(jī)械人與能源中心」集合跨學(xué)科專家，針對(duì)月球的極端環(huán)境，研發(fā)具備雙機(jī)械臂精準(zhǔn)操控、AI自主決策與極端溫差管理系統(tǒng)的智能機(jī)械人，完成樣本抓取、精密裝配等月球任務(wù)，助力香港在國(guó)家航天任務(wù)中扮演關(guān)鍵角色。
香港科技大學(xué)（科大）去年通過(guò)遴選，獲中國(guó)國(guó)家航天局委任牽頭「嫦娥八號(hào)」國(guó)際合作項(xiàng)目——月面多功能操作機(jī)械人暨移動(dòng)充電站（名為「香港操作機(jī)械人」）。該項(xiàng)目將匯聚海內(nèi)外航天領(lǐng)域的學(xué)者與專家，共同研製配備移動(dòng)充電設(shè)備、能執(zhí)行靈巧操作的多功能月面操作機(jī)械人。為支持這一國(guó)際合作項(xiàng)目，香港特別行政區(qū)政府已在InnoHK科研平臺(tái)上成立「香港太空機(jī)械人與能源中心」，由科大主導(dǎo)，「香港操作機(jī)械人」將與本地、內(nèi)地及海外多所大學(xué)及航天科研機(jī)構(gòu)共同研發(fā)。
負(fù)責(zé)香港操作機(jī)械人項(xiàng)目的教授分享研究成果。
作為國(guó)家探月工程第四期任務(wù)的一部分，「嫦娥八號(hào)」探測(cè)器計(jì)劃於2029年前後發(fā)射，國(guó)家將來(lái)在月面上建設(shè)國(guó)際月球科研站。屆時(shí)，「嫦娥八號(hào)」將著陸於月球南極，並攜帶包括「香港操作機(jī)械人」在內(nèi)的國(guó)際月面機(jī)械人科考家族，執(zhí)行科學(xué)探測(cè)任務(wù)。科大副校長(zhǎng)（研究與發(fā)展）鄭光廷教授表示：「科大通過(guò)參與國(guó)家『嫦娥八號(hào)』探月任務(wù)，以及承擔(dān)創(chuàng)新及科技支援計(jì)劃下『特別徵集（航天科技）』資助的『從中國(guó)空間站監(jiān)測(cè)溫室氣體排放點(diǎn)源』研究項(xiàng)目，為國(guó)家航天事業(yè)的國(guó)際化進(jìn)程提供助力，提升香港在航天科技領(lǐng)域的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、創(chuàng)造顯著經(jīng)濟(jì)效益。」
項(xiàng)目由香港太空機(jī)械人與能源中心主任、科大空間可持續(xù)發(fā)展人工智能與機(jī)器人研究中心主任、太空科學(xué)與技術(shù)研究院聯(lián)席院長(zhǎng)高揚(yáng)教授領(lǐng)導(dǎo)，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)核心「操作大腦」?！告隙鸢颂?hào)」探測(cè)器著陸後，機(jī)械人將肩負(fù)起把其他探測(cè)儀器或傳感器搬運(yùn)到指定位置的工作。月球南極地形地貌異常複雜，布滿隕石撞擊坑，部分深坑終年冰封於億萬(wàn)年的陰影中，而山脊則沐浴於永恆陽(yáng)光下。這些撞擊坑大小不一，形成極度崎嶇不平、海拔急劇變化的地形。機(jī)械人須具備實(shí)時(shí)感知月球地形地貌，規(guī)劃及優(yōu)化移動(dòng)路徑，並要應(yīng)付月球表面的極端溫度及缺乏衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等狀況，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要克服多項(xiàng)挑戰(zhàn)。
香港操作機(jī)械人配備雙機(jī)械臂，是全球深空探測(cè)領(lǐng)域首次應(yīng)用此類機(jī)械人，可用於布置和安裝儀器、採(cǎi)集月面樣品等任務(wù)。
科研團(tuán)隊(duì)正為機(jī)械人創(chuàng)建人工智能驅(qū)動(dòng)的操作系統(tǒng)，確保其在任務(wù)進(jìn)行期間安全運(yùn)作。這套由軟件驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)，無(wú)縫整合機(jī)器學(xué)習(xí)、地面站與機(jī)械人本體，能根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境動(dòng)態(tài)調(diào)整自主操作等級(jí)，實(shí)現(xiàn)月球機(jī)械人前所未有的環(huán)境感知與自我調(diào)整能力。無(wú)論通過(guò)地球端人工智能增強(qiáng)視覺(jué)處理的遠(yuǎn)端輔助，還是利用星載3D建模與視覺(jué)慣性導(dǎo)航的全自主操作模式，都可確保機(jī)械人在效率、速度與安全之間取得平衡。
高揚(yáng)教授表示：「香港太空機(jī)械人與能源中心的成立，旨在為香港構(gòu)建航天技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)能力，同時(shí)亦著力培養(yǎng)相關(guān)領(lǐng)域的高水準(zhǔn)科研人才。航天是綜合性學(xué)科，需要跨學(xué)科協(xié)作。中心將能提升香港在航天科研與工程方面的整體實(shí)力，還將推動(dòng)人工智能、機(jī)械人、計(jì)算機(jī)科學(xué)、微電子、通信工程等領(lǐng)域產(chǎn)生輻射效益，推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。新一代太空機(jī)器人內(nèi)置適應(yīng)月球極端環(huán)境的操作『大腦』、雙臂月面協(xié)同作業(yè)，有助完成月面任務(wù)，並配置有效熱管理、測(cè)試新材料和冷卻策略?！?/p>
在月球表面作業(yè)時(shí)，機(jī)械人需要具備超靈巧的操控能力，而這正是香港太空機(jī)械人與能源中心核心成員段默龍教授負(fù)責(zé)的核心環(huán)節(jié)。段默龍教授指出：「月球低重力、高粉塵的環(huán)境令傳統(tǒng)操控技術(shù)難以運(yùn)作自如?！蛊鋱F(tuán)隊(duì)研發(fā)的雙機(jī)械臂操作系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)樣品精準(zhǔn)抓取和工具部署，還可完成精細(xì)裝配任務(wù)，讓機(jī)械人不僅可作為流動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)，更能主動(dòng)參與月球科學(xué)探測(cè)及基建準(zhǔn)備工作。另一中心核心成員施凌教授的團(tuán)隊(duì)則負(fù)責(zé)確保機(jī)械人移動(dòng)和操控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫整合。施凌教授強(qiáng)調(diào)：「真正的自主操控意味在嚴(yán)格約束下做出智能的、任務(wù)導(dǎo)向的決策?！蛊鋵蛹?jí)規(guī)劃系統(tǒng)能優(yōu)化工作優(yōu)次排定與路徑效率，讓機(jī)械人能實(shí)時(shí)適應(yīng)新障礙及處理突發(fā)科學(xué)需求，從而在單個(gè)月球日內(nèi)最大化營(yíng)運(yùn)效率。
五位參與「香港操作機(jī)械人」國(guó)際科研項(xiàng)目的科大學(xué)者合照。
月球表面晝夜溫差巨大，可從日照下逾120℃驟降至陰影中的零下180℃，即使是最先進(jìn)的人工智能與機(jī)械系統(tǒng)，亦需要克服月球極端溫度所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。中心核心成員王者教授是熱控系統(tǒng)專家，他表示：「我?guī)ьI(lǐng)的團(tuán)隊(duì)通過(guò)應(yīng)用特殊材料與受控流體回路組成的複合式主被動(dòng)熱管理系統(tǒng)，保障機(jī)械人在月晝?cè)乱箻O端溫差中核心部件始終處?kù)栋踩珳囟葏^(qū)間。」科大機(jī)械及航空航天工程學(xué)系講座教授孫慶平則搭載了創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)載荷，旨在太空環(huán)境中驗(yàn)證新一代熱管理技術(shù)。孫教授解釋說(shuō)：「在實(shí)際月球環(huán)境測(cè)試新材料與冷卻策略，對(duì)未來(lái)更長(zhǎng)時(shí)間的探月任務(wù)至關(guān)重要?！褂嘘P(guān)實(shí)驗(yàn)將為後續(xù)月球及深空探測(cè)任務(wù)的熱調(diào)控系統(tǒng)發(fā)展提供關(guān)鍵資訊。
由科大帶領(lǐng)的香港太空機(jī)械人與能源中心匯聚逾百名來(lái)自中外院校的跨學(xué)科科研人員，將助力香港確立其在國(guó)家重大航天任務(wù)中的關(guān)鍵地位，並突顯智能操作、精密操控、自我調(diào)整規(guī)劃與韌性工程的深度融合，進(jìn)一步拓展了人類探索月球的邊界。（記者、部分圖片：Karena）
電話：（香港）852-2564 0768
（深圳）86-755-83518792 83518734 83518291
地址：香港九龍觀塘道332號(hào)香港商報(bào)大廈
