[读懂科学]驶向月球洞穴的车轮
抛弃铰链的一枚车轮，突破月球坑洼与熔岩洞探测极限
在月球探测中，最令人着迷的空间不是表面，而是地下。
由地下空洞坍塌形成的“月坑（Pit）”以及其下方延伸的熔岩洞（Lava Tube），能够为人类提供躲避剧烈温度变化和宇宙辐射的天然庇护所，被视为月球长期居住基地候选地，同时也是保存着太阳系早期地质记录的地点。然而，由于陡坡、岩石和坠落风险叠加，这一地形至今仍是各国难以真正接近的领域。
问题始终一样：如何下去？又如何再上来？针对这一提问，韩国研究团队以“车轮”这一最基本的移动手段，却用最不凡的方式给出了答案。
Lee Daeyoung 韩国科学技术院（KAIST）空间研究所兼航空宇宙工学系教授研究团队，联合株式会社无人探査研究所、韩国天文研究院、韩国航空宇宙研究院和汉阳大学，全球首次开发出可用于月坑和熔岩洞探测机器人上的“可展开式无气轮”。
这一研究成果刊登在全球权威机器人专业学术期刊《Science Robotics》12月刊上。论文题目为《用于月球熔岩洞完整探测的软体可展开式无气轮（Soft Deployable Airless Wheel for Lunar Lava Tube In-tact Exploration）》。
抛弃复杂机械，用结构作答
既有的月球探测策略以“大型探测车发射小型探测车”的方式为主流。然而，小型探测车因结构局限，在陡坡和障碍物面前表现脆弱；为弥补这一点而提出的可变形车轮，又遭遇了新的难题：在冷焊、不均匀热胀以及研磨性极强的月尘等月球特有的极端环境下，铰链和机械驱动部本身反而成为薄弱环节。
研究团队采取了截然相反的思路：“把会动的零件都去掉。”
与达芬奇桥对比的展开可变形车轮设计原理。该设计利用类似无需粘合剂即可建造的达芬奇桥的交叉纠缠结构，在无铰链和粘接的情况下同时实现展开变形与形状保持。KAIST提供
View original image其出发点是15世纪 Leonardo da Vinci 设计的“达芬奇桥”。达芬奇桥无需钉子或粘合剂，仅凭木构件之间的交叉、纠缠结构就能承载荷载，通过相互咬合本身形成结构刚性。
KAIST 研究团队将这种交叉纠缠（interlocking）结构应用于可展开车轮的设计中。无需铰链和齿轮也能完成折叠与展开，让结构本身同时承担变形与形状保持的功能。也就是说，这是一个用结构解决原本由机械解决的问题的车轮。
为此，团队将折纸（Origami）原理与软体机器人技术相结合，并采用在宇宙环境中也能反复变形的弹性金属板。折叠状态下可压缩成很小体积，展开后则自然形成大型圆形结构。
从直径23厘米到50厘米……跨越“小型探测车的极限”
这一可展开式无气轮在折叠时直径仅23厘米，展开后最大可扩展至50厘米。因此，即便安装在小型探测车上，也能发挥相当于安装大型车轮的效果，从而具备跨越陡坡与大型障碍物的机动能力。由于采用无充气结构，破损风险也更低。
实验结果印证了设计思路。在人工月壤环境中，该车轮展现出稳定的行驶性能；在按月球重力标准折算约100米高度自由落体试验中，其结构与功能仍能保持，显示出极高的抗冲击耐久性。研究团队还通过反映月昼夜循环极端温差的精细热分析，验证了其结构稳定性。
KAIST 教授 Lee Daeyoung 表示：“这一可展开式车轮是全球首次为解决长期悬而未决的月坑和熔岩洞进入问题给出的技术答案，从跨越机动性这一最大技术门槛的角度来看，意义重大。”
研究团队合影。上排从左起为 Lee Seongbin KAIST博士生、Cho Namseok 无人探测研究所代表、Lee Geonho 研究员、Lee Seungju 研究员、Kim Junseo KAIST硕士生、Sim Kyujin 韩国航空宇宙研究院研究员、Jang Jongtae 韩国航空宇宙研究院首席研究员、Kim Segwon KAIST教授、Seo Taewon 汉阳大学教授、Sim Chaekyung 韩国天文研究院中心主任、Lee Daeyoung KAIST教授。KAIST提供
View original image月球探测的提问被改写
这项研究的意义并不仅在于造出了一种新车轮。此前月球探测的核心问题是“能走多远”，而现在则变成“能进入哪里”。从围绕表面进行探测，转向以地下空间为前提的探测方案，已成为现实可行的选项。
韩国天文研究院中心主任 Shim Chaekyung 表示：“月坑和熔岩洞在科学与探测方面都具有极高价值，此次成果实质性地降低了进入这些区域的技术门槛。”韩国航空宇宙研究院责任研究员 Jang Jongtae 也指出：“该技术在考虑到昼夜温差高达300摄氏度的月球环境基础上进行了精细设计”，并强调今后在真实月球环境中开展验证的重要性。
能够承受陡坡和坠落风险的机动技术，不仅适用于月球，还可拓展至火星、小行星、冰卫星等下一代深空探测环境。作为一种其他宇宙强国尚未尝试的结构驱动型源头技术，这也是韩国在全球宇宙探测竞争中确立技术存在感的一个着力点。
本研究在科学技术信息通信部创新研究中心项目（IRC）、理工领域基础研究项目以及宇航局探索研究项目的支持下完成。驶入月球洞穴的第一只车轮，正是这样在韩国诞生的。
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