一個家庭打造了這輛博物館級的好奇號火星車 一個家庭打造了這輛博物館級的好奇號火星車

一個家庭打造了這輛博物館級的好奇號火星車

一個家庭打造了這輛博物館級的好奇號火星車

卡米爾·比蒂十歲那年,她拆開了一個電視遙控器,把零件遞給了驚訝的父親羅伯特。接下來,她問了一連串關於電路的問題。 「我曾經覺得電子產品很神奇,但我知道它們並非如此,」現年十三歲的卡米爾說,「所以我開始拆解一些電子產品。我想知道裡面是什麼,它們是如何工作的。」羅伯特對此一竅不通,於是他和卡米爾以及他另一個女兒,現年十一歲的吉納維芙,一起上網搜索答案。幾週後,一家人利用新學到的知識,製作了他們的第一個機器人。

如今,位於北卡羅來納州阿什維爾的貝蒂夫婦的車庫儼然成了一座機器人工廠。 「我們製造過爬行機器人、飛行機器人、發射BB彈的機器人,以及能在房子裡自主移動的機器人,」卡米爾說。她負責機械加工和組裝,而吉納維芙則負責焊接和接線。她們的一個項目甚至被紐約科學館收藏,每年有近50萬遊客可以參觀它,並在一個模擬火星景觀中駕駛它。

這間博物館與比提家族的合作始於他們打造的機器人「勇氣二號」(Spirit II)。這台由500個零件組成的六輪遙控機器人,仿照了NASA的太陽能火星探測車「勇氣號」(Spirit)。他們重現了探測車複雜的搖臂式懸吊系統,該系統能夠越過高大的障礙物;他們還研究了相關專利,以複製「勇氣號」360度原地旋轉的獨特齒輪裝置。博物館資訊科技主管塞繆爾·利特(Samuel Litt)當時正在為火星展區尋找替換三輪「滑鼠機器人」的設備,偶然間在比蒂家族的工作室部落格上看到了「勇氣二號」的照片。 “它看起來真是令人印象深刻的技術,”利特說,“而我們之前的機器人只能緩慢移動,看起來根本不像能送上太空的東西。”

應利特的要求,比蒂一家同意再造一個──這次做了一些改變。博物館想要一個耐用的機器人,一次充電可以持續工作九個小時。它還需要顯示紅外線視頻,視頻中會呈現出一塊被加熱的岩石(這是一種粗糙但有效的模擬,用來展示發現火星上含水礦物的過程,因為這些礦物會反射紅外線)。為了能舒適地放置在展廳250平方英尺的封閉空間內,女孩們和她們的父親還將新版本的尺寸設計得比「勇氣二號」小了大約三分之一。

為了防止有人駕駛機器人撞牆,比蒂一家在輪子上安裝了八個測距聲吶感測器。他們還加裝了一個綠色雷射指示器,用來顯示溫度感測器正在測量的位置。今年六月,比蒂一家將這台機器人捐贈給了博物館,博物館將其命名為卡米爾(Camille)。此外,比蒂一家還製造並捐贈了第二台機器人,名為吉納維芙(Genevieve),這台機器人配備了更精簡的電子元件和升級的攝影機。

自從機器人首次亮相以來,來自世界各地的專案請求紛至沓來。如今,他們一家正在為布拉格的一家博物館手工製作六個太空機器人的模型,其中包括俄羅斯的月球車「月球車」。 “有時候,女兒們做作業真讓人惱火,”羅伯特說,“我寧願和她們一起做機器人。”

工作原理

太陽能
太陽能 馬修薩拉庫斯

容量為 10,000 mAh 的 7.4V 可充電鋰離子電池,儲存的能量足以支撐一整天不間斷的行駛,甚至還有剩餘。太陽能電池板確實存在,但在室內使用效果不佳。

卡蜜兒和吉納維芙·比蒂
馬修·薩拉庫斯

探測車內部裝有超高頻無線電晶片,博物館參觀者可以透過無線方式操控它。工作人員也可以使用無線遙控器來駕駛機器人,這個遙控器是卡米爾(左)和吉納維芙(右)曾經為一輛發射BB彈的坦克機器人製作的。

流動性
流動性 馬修·薩拉庫斯

搖臂式懸吊系統使偵測車的車輪能夠越過超過一英尺高的障礙物。伺服馬達使每個車輪都能獨立移動,並使機器人原地360度旋轉。

貝蒂的另外兩棟建築

CNC銑床
CNC銑床圖片由Robert Beatty提供

客製化數控銑床
手工工具無法滿足高品質機器人的加工需求,因此比蒂夫婦製造了一台電腦控制的銑床。水冷主軸以每分鐘 24,000 轉的速度旋轉,而三軸龍門系統則移動主軸來雕刻金屬、塑膠和其他材料。

時間: 1年
費用: 2000美元

無線電報
無線電報由羅伯特·比蒂提供

無線電報
當卡蜜兒和吉納維芙開始用摩斯電碼敲擊訊息時,她們的父親想出了一個更安靜的主意:一個21世紀的電報機。他們將兩個古董電報鍵連接到一個Arduino Nano微控制器、一個超高頻無線電和一個揚聲器。這套設備最遠可以通訊一英里。

時間: 2週
費用: 200美元

本文原刊於 2013 年 12 月的《大眾科學》雜誌