科罗拉多大学博尔德分校的一项研究为月球探索带来了新愿景——机器人舰队与人类协同在月球表面作业，建造科学观测站甚至人类居住地。该校一个由本科生和毕业生组成的团队，正致力于解决地球上的人类如何获得在月球表面危险地形上操作机器人所需训练的难题。

在科罗拉多大学博尔德分校一间铺着灰色地毯、没有窗户的办公室里，绰号为“阿姆斯特朗”的机器人正进行着相关测试。团队成员泽维尔·奥基夫戴着虚拟现实眼镜，通过安装在机器人头顶的摄像头操控其行动。奥基夫表示，最初使用VR操控机器人时，沉浸感很强，感觉很奇妙。

月球表面重力只有地球的六分之一左右，且布满陨石坑，有些陨石坑永远处于黑暗之中，在这样的环境下操作机器人难度极大。在《空间研究进展》杂志发表的一项新研究中，奥基夫和校友凯蒂·麦卡琴、亚历克西斯·穆尼兹报告称，“数字双胞胎”或超现实的虚拟现实环境可为月球探索提供有用的替代训练场景，让人们有机会掌握驾驶机器人的技巧，而不必担心损坏价值数百万美元的设备。

这项研究是天体物理和行星科学系(APS)和天体物理和空间天文学中心(CASA)名誉天体物理学教授杰克·伯恩斯领导的一项更大规模研究的一部分。麦卡琴称，“阿姆斯特朗”机器人就像一个可以随意玩耍的沙箱，便于进行各种操作训练。

伯恩斯团队致力于设计名为FarView的未来月球科学观测站，该观测站将由10万根天线组成的网络组成，覆盖月球表面约77平方英里(约117平方公里)的区域。伯恩斯表示，与阿波罗计划不同，美国宇航局的21世纪阿尔忒弥斯计划将让宇航员和机器人探测车协同工作，科罗拉多大学博尔德分校的努力旨在提高月球机器人的效率和故障恢复能力，从而更好地利用宇航员在月球表面的宝贵时间。

为创建“阿姆斯特朗”的数字孪生，研究人员首先使用名为Unity的视频游戏引擎创建了办公室的数字复制品，包括米色墙壁和单调的地毯等细节，并确保数字孪生尽可能接近真实物体。

随后，团队进行了一项实验。在2023年和2024年，招募24名人类参与者，让他们坐在房间里操作“阿姆斯特朗”。其中一半参与者先在数字办公室中练习拿起并调整一个代表FarView中一根天线的塑料块的任务。结果显示，在驾驶真实机器人之前，有机会操作数字孪生机器人的参与者完成任务的速度比只有机会操作实体机器人的参与者快约28%，且感觉压力较小。奥基夫称，模拟环境中的一切，从阴影到泥土的纹理，能让操作员在尽可能接近真实的条件下训练，提高登陆月球后的成功几率。

麦卡琴表示，这项研究让她和同学们了解了现实世界中的研究工作方式。研究人员发现，人类受试者在实验中总会犯同样错误，即拿起假天线时经常不小心把积木翻过来。

如今，伯恩斯的团队正朝着新目标迈进，与总部位于科罗拉多州的Lunar Outpost公司合作，使用同一款游戏引擎打造月球车的数字孪生模型。奥基夫称，最难的部分在于获取合适的月球尘埃，因为月球车行驶扬起的灰尘可能会遮挡传感器或摄像头，而要确切了解月球上灰尘的移动方式很难。

尽管目前研究仍在校园内进行，但团队成员都很高兴能成为未来月球探索的一部分。奥基夫感慨：“参与其中真是太棒了，即使这只是人类登上月球的一小部分。”

更多信息： Xavier O'Keefe 等，《熟能生巧：利用月球表面遥控机器人进行装配和问题解决的数字孪生技术研究》，《空间研究进展》(2025 年)。