萊斯大學與美國國家航空暨太空總署（NASA）聯手推出全球首個開源動態模擬平台，旨在開發和測試在太空船及太空居住環境中使用的機器人。iMETRO 動態模擬創建了 NASA 約翰遜太空中心的 iMETRO 研究設施的高保真數位雙胞胎，使全球研究人員能夠在虛擬環境中開發、驗證和改進內部機器人系統。該平台在 2026 年於維也納舉行的 IEEE 國際機器人與自動化會議（ICRA）上首次亮相，由 NASA 和萊斯大學的聯合團隊展示。
開發人員表示，這一開源模擬器將擴大對先進太空機器人研究的訪問，並加速未來人類太空任務的創新。
iMETRO 動態模擬平台提升太空機器人研究的可及性
iMETRO 動態模擬被認為是全球首個開源的內部機器人模擬平台，使研究人員能夠為太空船及未來太空居住環境開發、測試和驗證機器人，並加速長期太空任務的研究。該平台作為 NASA 實際 iMETRO 研究設施的數位雙胞胎，準確複製了設施內的全尺寸太空船內部和月球居住環境的模型，使開發者能夠在接近真實的虛擬條件下設計和評估機器人系統，從而在實際硬件上部署之前進行有效測試。
模擬專注於用於太空船內部維護和物流任務的機器人操作器，這些機器人被稱為內部機器人。預期這些機器人將處理如運輸物資、搬運貨物、整理設備和執行維護操作等日常活動，從而減輕宇航員在前往月球及更遠地區的延長任務中的工作負擔。模擬器的一個關鍵特徵是其詳細模型，代表了一個典型的八自由度機器人操作平台。模塊化的架構使研究人員能夠在可重構的太空船模型內測試新的機器人軟件、硬件配置和操作工作流程，進行快速實驗，而無需直接訪問 NASA 的實體設施。
開源模擬器加速太空探索的創新
為了提高平台的易用性，該平台支持 ROS 2，這是一個廣泛使用的機器人軟件框架，以及 MuJoCo，一個準確建模機器人運動的物理模擬器。開發人員可以在兩個環境中使用相同的機器人模型，而無需重大更改。此外，內置的轉換工具使得從虛擬模擬轉移機器人軟件到實際機器人變得更加便捷，從而縮短開發時間並提升兼容性。
研究團隊展示了該平台的模擬到實際轉移能力，通過在模擬中完全開發一個機器人應用，並在不到一天的時間內將其部署到實際的 iMETRO 設施中。這一成功轉移突顯了數位雙胞胎的準確性，顯示機器人軟件在實際硬件上運行前能迅速驗證，顯著縮短了開發週期。根據團隊的説法，這個模擬器解決了未來人類太空探索麪臨的一個主要挑戰：在長期任務中最大化宇航員的生產力。例行的維護和物流在太空船上佔據了大量船員時間，自動化或遠程操作的機器人可以承擔許多重複性的任務，從而讓宇航員能夠專注於科學研究和探索活動。
歷史上，太空機器人技術的進步受到缺乏公共可用的模擬環境的限制，這些環境能夠準確再現微重力和有限空間內部的操作挑戰。大多數開發依賴於專有工具或受限的測試設施，限制了更廣泛的合作和創新。通過將 iMETRO 動態模擬作為開源平台發布，該項目擴大了對先進太空機器人研究的訪問。萊斯大學的博士生暨 NASA 路徑實習生 Nikki Hart 在一份聲明中表示：「這個模擬平台將首次允許全球的研究人員遠程創建和測試新的機器人軟件，並驗證其如何與 NASA 的實體測試平台中的各種硬件配置和操作範式集成和表現。」
該平台預計將在推進即將到來的月球任務、軌道站及深空探索的機器人技術中發揮關鍵作用。