NASA JPL 的 CoSTAR 团队

DARPA 地下挑战赛旨在提升机器人系统的自主能力，使其能够快速探索地球及太空中的地下环境。该挑战赛旨在推动军事、商业和政府领域的尖端研究。参赛团队必须构建完全自主的系统，深入未知地下空间，兼顾行星探测与地球应用，如在矿井、洞穴及自然灾害后的搜索与救援。

CoSTAR 团队由美国国家航空航天局喷气推进实验室 (JPL)、麻省理工学院 (MIT)、加州理工学院 (Caltech)、韩国科学技术高级研究院 (KAIST) 和瑞典吕勒奥理工大学 (LTR) 合作组成。CoSTAR 团队由来自世界各地的 60 名工程师组成，是参加美国国防部高级研究计划局 (DARPA) 为期三年、分四个阶段的地下挑战赛的十支队伍之一。挑战赛共设三条赛道——隧道赛道、城市赛道与洞穴赛道，最终决赛将三种环境融为一体。如果成功，该团队将获得 200 万美元，用于资助未来的研究项目。CoSTAR 团队在隧道赛道中斩获第二，在城市赛道中拔得头筹；截至本文撰写时，该团队正在全力备战洞穴赛道与最终决赛。

每条赛道的地形都大不相同。有些挑战设置在崎岖的地形上，有些包括低光照场景，有些甚至包括楼梯。这些自主机器人必须能够在恶劣条件下导航，而在测试过程中，它们常常因此摔倒，导致关键部件损坏。CoSTAR 团队不仅需要提前准备好抗冲击、轻量化的自主系统，还需要在现场对损坏零件进行快速维修，并在各轮测试间隙迅速改进设计，以保持竞争优势。若零件在现场发生故障，可能导致 CoSTAR 团队无法完成整个赛程。团队经常要探索未知领域，因此需要必要的工具以便快速应对。

该团队正与波士顿动力 (Boston Dynamics) 合作，并借用了数台 Spot 机器人用于此次竞赛。CoSTAR 团队的工程师和设计师必须迅速设计并制作额外的组件，如支架和外壳，以确保 Spot 机器人能够成功完成整个赛程。此前，他们使用木材、机械加工或激光切割机来制造这些零件。他们深知需要另一种方案来保持领先于其他团队，而 3D 打印正是实现快速迭代和现场修复零件的理想解决方案。

为满足这一需求，团队引入了一台简单的 PLA 3D 打印机。然而，这台打印机只能打印出适用于原型设计的零件，无法用于最终生产——本质上，这些零件的强度不足以供机器人投入未知地形中使用，其关键组件可能面临损坏风险。一个关键例子就是机器人顶部昂贵的激光雷达传感器，必须不惜一切代价加以保护。用于保护该传感器的材料必须具备极高的刚度和减振性能，以确保传感器发出的信号能提供有效、可用的输出数据。团队还发现，他们使用的 PLA 3D 打印机打印出的零件精度低且表面光洁度差，因此他们在零件打印完成后不得不花费大量时间进行打磨。他们需要的是一个强大的系统，能够带到现场快速制作设计原型，并在测试后直接打印出生产零件，而无需耗费大量时间进行后处理。

幸运的是，该团队可以使用 Markforged 3D 打印机。由于 CoSTAR 团队的多名成员在 JPL 工作，他们早已了解 Markforged 3D 打印机及其功能强大的云端连接 Eiger 软件能够制造出轻便、坚固且功能完备的零件，且不受任何几何形状限制。团队意识到，Markforged 是满足其所有需求的可靠选择。团队发现，使用 Markforged 平台打印的支架和基架性能实际上优于铝制部件，且重量更轻。除此之外，团队使用 Markforged 打印机 3D 打印的零件即使受到撞击也能重复使用，且不会出现任何故障。团队利用多台 Markforged 3D 打印机和连续碳纤维增强材料，为价值 7,000 美元的激光雷达传感器打印了一个 3D 保护罩。尽管该零件受到了一些撞击，但激光雷达传感器始终未受到任何损坏。

在竞赛期间，借助 Markforged 合作伙伴 GovSmart 的帮助，团队将 Markforged 打印机的数量从一台增加到了三台。2020 年，Markforged 为该团队提供赞助，并提供了第四台打印机。CoSTAR 团队将打印机带到了前两场挑战赛现场，在酒店房间内架设多台设备，通宵赶制次日现场所需的零件。团队对 3D 打印机的信任至关重要，因为他们经常通宵设计零件，期望次日清晨就能进行测试和集成。幸运的是，他们的 Mark Two 3D 打印机始终能输出高品质产品。

Markforged 打印机的坚固耐用性、所生产零件的可靠性与可重复性，以及 Digital Forge 制造出的零件既美观又实用且无需任何后处理，这些特点使得 Markforged 成为理想的增材制造技术。

DARPA 地下挑战赛对某些人来说可能只是一场比赛，但对 CoSTAR 来说却远不止于此。对他们而言，这场挑战赛是朝着实现月球、火星乃至土星和木星部分卫星地下探索目标迈出的起点。通过为本次竞赛构建机器人技术能力，该团队希望助力 NASA JPL 未来的地下环境探索任务，从而了解生命的演化过程、其他星球上是否存在过生命，以及未来人类是否具备在这些星球上居住的可能性。增材制造技术正助力他们证明，新技术能够引领他们达成这一目标。

Markforged 很荣幸能成为 CoSTAR 团队的供应商和赞助商。