美国国家航空航天局（NASA）近日通过国家学术出版社（NAP）出版了题为《NASA空间技术路线图与优先领域：恢复NASA的技术优势，为迈向空间新时代铺平道路》的报告。该报告是对2010年路线图草案的反馈与修订，在“机器人、远程机器人及自动化系统路线图”部分针对传感与感知、移动性、操作性、人机集成、自治性、自动会合与对接、机器人和自动化系统等二级技术领域分析了满足未来任务需求所需的能力，并重新定义了多传感器数据融合、极端地形下的移动性、接触动力学建模等三级技术领域。

该路线图分析了机器人及自动化系统领域的六大技术挑战，按优先顺序如下：

（1）会合：开发具备高度可靠性，能自发会合、完成接近操作、捕捉自由飞行的空间物体的机器人技术

具备自主会合、安全接近操作和对接/锚定能力对未来完成卫星服务、火星样品返回、空间残骸主动清除及其他合作型空间活动等任务而言至关重要。主要的技术挑战包括提高会合的稳定性，改进捕捉过程，使机器人即使身处不同的照明环境和相对运动中，面临不同特性的目标物也能成功完成捕捉任务。

（2）机动性：使机器人系统在与NASA任务相关的各种环境中，在各种重力、地表、地下条件下都能进行作业

目前的载人飞船和漫游机器人无法到达极端的月球或火星地形。具备在极端地形中的机动性可以使漫游机器人获取更多有科学价值的样品。目前的机器人还不具备在失重状态下在小行星和彗星上或附近移动的能力。技术挑战包括开发能进入极端地形或禁入区的机器人，开发能捕捉和锚定小行星与非合作目标物的技术，或者制造能将人类送往这些挑战性区域的载人机动性系统。

（3）现场分析与样品返回：开发地下取样与分析勘探技术，支持现场分析与样品返回的科学任务

天体生物学的最高目标和NASA的一大根本探索驱动力是寻找太阳系的生命或曾存在过的生命迹象。行星科学的一大重要动力是获取未经改变的样品，对其进行现场分析或将其送回地球分析。一般使用机器钻探设备获取这些埋于地下的原始样品。由于机器钻探/取样需要一定的自主性，且成效不佳又受功率限制，陆地钻探技术不太适用于此类操作。开发机器人行星钻探和样品处理技术是一项新的艰巨任务。

（4）避险：开发相关功能，使移动机器人系统能自主导航和避免危险

人类驾驶员在从远距离感知地形危险上有着非凡的能力，但机器人系统却相对滞后。因为机器人系统需要在维持高速的同时尽可能快地对地形几何与非几何特征进行精细分析，这需要庞大的计算通量。

（5）可允许延时的人机交互：使人类和机器人系统间的交互更有效、更安全，并能适应任何因延时出现的影响

实现更加有效和安全的人机交互需要解决多个难题，包括空间距离的相互作用带来的潜在危险，延时或即时远程监控等。空间距离的相互作用需要机器人系统安全作业并将其行动和意图传达给附近工作的人类。同理，与机器人系统近距离互动的人类也必须将其方向和指示提供给机器人。远程人机交互不会立即产生和近距离人机交互同等的危险，但是，人类要完全理解远程机器人系统工作的环境及当时的状态变得更为困难，通信时间的延迟则会进一步加大复杂性。不恰当的人类指示通常会造成机器人的误解，必须开发出能适应长延时的机器人系统，使它们在没有即时获得人类指示的情况下也能自主行动。这种系统也必须确保能为远距离的人类提供相应工具，使他们一旦收到机器人系统传达的信息就能迅速掌握情况。

（6）目标物识别与操作：开发针对目标物识别与熟练操作的相关方法，为科学与工程目标提供支持

目标物识别需要传感技术，通常融合了多种传感模式，具备感知能力，能将被检测目标物与先验物体相关联。目前的传感方法结合了机器视觉、立体视觉、激光雷达、结构光和雷达等技术，感知方法则基于CAD模型或由同一传感器扫描创建的模型。主要的挑战包括：运用大型已知物体库，确认部分被遮挡住的目标物，在恶劣的照明条件下工作，估测快速旋转的目标物的位姿，处理近距离和远距离的目标物。解决这些挑战对操作、跟踪及回避目标物而言至关重要。

根据机器人捕捉的目标物的类型、范围，机器人操作的熟练程度可以通过捕捉力量和可靠度进行衡量。这方面的挑战主要包括：基础的执行和传感物理学；识别能力；接触定位；外在和内在驱动；用于处理粗糙、尖锐的目标物的坚固耐用的手部覆盖装备，同时不会影响传感器或目标物的动作。