火星车所用金属玻璃齿轮扩大商用 推进协作机器人发展

大多数自动化机械仍然只有那些能进行重大投资并期望长期节省的大型制造商才能负担得起。虽然机器人占据了越来越多的工厂车间，但出于安全考虑，它们通常与人类同事隔离 – 基本上对周围环境一无所知，它们既强壮又笨拙。

而降低机器人成本的重要突破口就是金属玻璃，利用 3D 打印技术可以合成坚硬、光滑的表面。这使金属玻璃齿轮具有较长的使用寿命，无需使用液体润滑剂，这使它们对在寒冷环境中运行的 NASA 机器人具有吸引力。此前在这种环境中，需要在运行前加热润滑剂。

NASA 的好奇号火星车每次穿越火星时，都要花费大约三个小时为其齿轮加热润滑油。为了帮助未来的漫游车节省时间和能源，美国宇航局投资了大块金属玻璃，用于不需要润滑的齿轮。

Garrett 表示：“这就是机器人行业的发展方向”。现在，总部位于加利福尼亚州帕萨迪纳的 Amorphology 希望通过最初为从未用于人类交互的机器人 （NASA 的行星漫游者）而取得的进步降低协作机器人的价格。

NASA 漫游车上的齿轮与地球上的大多数齿轮一样，都是由钢制成，既坚固又耐磨。但是钢齿轮需要液体润滑，而油在月球或火星表面等寒冷环境中效果不佳。因此，例如，美国宇航局的好奇号火星车每次准备开始滚动时都会花费大约三个小时来预热润滑剂，消耗了大约四分之一的可支配能量，否则这些能量本来可以用于科学。

着眼于解决这个问题和其他与材料相关的问题 ，2010 年，喷气推进实验室聘请了 Hofmann，当时他是加州理工学院的一名研究科学家，拥有材料科学和工程背景。美国宇航局在喷气推进实验室资助了一个新的冶金设施，以探索齿轮的替代品并开发新的金属合金。

从他在加州理工学院管理喷气推进实验室开始，霍夫曼就熟悉一类新兴的特殊工程材料，称为块状金属玻璃，也称为非晶金属。这些是金属合金，可以在它们的原子形成所有其他金属共有的晶格结构之前从液态快速冷却到固态。相反，原子像玻璃一样随机排列，赋予玻璃和金属的材料特性。

根据它们的组成元素——通常包括锆、钛和铜——它们可以非常坚固，并且因为它们不是结晶的，所以它们是有弹性的。霍夫曼解释说，大多数组合物还会形成坚硬、光滑的陶瓷氧化物表面，并指出这些特性共同使由一些非晶态金属制成的齿轮具有较长的使用寿命而无需润滑。这对 NASA 非常重要，因为您可以在不润滑变速箱的情况下运行变速箱。

但是非晶态金属还有另一个特性，使它们对地球上的齿轮具有吸引力：“这些合金的设计熔点很低，因为要制造金属玻璃，必须使合金的冷却速度快于它的结晶速度，”Hofmann说。这种低熔点，加上它们的天然强度和固化时体积几乎不变化的事实，使大块金属玻璃易于用于注塑成型，这可以显着降低制造齿轮等零件的成本。

Hofmann 说，这就是使用非晶态金属成型可以带来最大节省的地方：它的成本大约是用钢加工应变波齿轮的一半。成型小型、高性能行星齿轮和应变波齿轮成为 Hofmann 于 2014 年共同创立的 Amorphology 的核心业务计划。通过加州理工学院，该公司获得了他为 NASA 开发的多项技术专利。