根据3D科学谷的市场观察，2022 年初，由美国宇航局NASA位于南加州的喷气推进实验室领导的冷可操作月球可展开臂 (COLDArm) 项目成功地将特殊齿轮集成到机械臂的部件中，该机械臂计划在未来几年投入到月球任务中。
这些大块金属玻璃 (BMG) 齿轮集成到 COLDArm 的关节和执行器中，是通过改变游戏规则的开发大块金属玻璃（非晶态合金）齿轮项目开发的，可在低于华氏 280 度（负173摄氏度）的极端温度下运行。本期，3D科学谷与谷友一起来洞悉技术的发展如何推动人类探索宇宙的能力进步。
© 南加州大学
开启3D打印金属玻璃的商业化进程
非晶态金属（金属玻璃）又称非晶态合金， 它既有金属和玻璃的优点， 又克服了它们各自的弊病．如玻璃易碎， 没有延展性．金属玻璃的强度高于钢， 硬度超过高硬工具钢， 且具有一定的韧性和刚性， 所以， 人们赞扬金属玻璃为“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”
© 3D科学谷白皮书
非晶态金属集众多优异性能于一身，如高强度、高硬度、耐磨以及耐腐蚀 等。这些优异的性能使其在航空航天、汽车船舶、装甲防护、精密仪器、电力、 能源、电子、生物医学等领域都存在广泛的应用前景。
根据ACAM亚琛增材制造中心，3D打印-增材制造的发展趋势朝向多维度的深化层面，面向量产应用，3D打印突破当前应用对经济性要求的限制，向应用端深度延伸走向产业化的一条发展路径是实现结构更加复杂的产品。
低温运行的自润滑齿轮
据悉， NASA的COLDArm 项目中的机器人关节和执行器中的金属玻璃齿轮合金具有无序的原子级结构，使其既坚固又富有弹性，足以承受这些异常低温。典型的齿轮箱需要加热才能在这样的低温下运行。BMG 齿轮电机已经过测试并在大约 -279 华氏度（-173 摄氏度）下成功运行，无需加热辅助。这种齿轮电机是使机械臂能够在极冷环境中运行的关键技术之一，例如在月球夜晚。
四个组装的机器人关节之一，包括用于 COLDArm 机器人手臂每个关节的大块金属玻璃齿轮电机
© Motiv Space Systems, Inc.
包含BMG齿轮的四个关节中的每一个都将在手臂完全组装后进行测试，机器人关节测试将包括测功机测试以测量扭矩/转速和低温热真空测试以了解设备如何在类似于太空的环境中应用。一旦通过测试，BMG 齿轮和 COLDArm冷可操作月球可展开臂将在月球、火星和海洋世界的极端环境中执行未来任务。
© Motiv Space Systems, Inc.
COLDArm 项目由月球表面创新计划资助，并由美国宇航局NASA空间技术任务理事会的改变游戏规则发展计划管理。在NASA小型企业创新研究计划下，一家名为Motiv Space Systems正在领导 COLDArm手臂和电机控制器的设计和制造，3D科学谷认为这或许将开启协作机器人应用的新时代。
高精度齿轮与协作机器人
1990 年代中期，两位西北大学教授以一个新术语为替代概念申请了专利：协作机器人。旨在与人类合作的协作机器人将更小、更智能、反应更灵敏、意识更强，具有更严格的自我控制和更好的举止。从那以后的几年里，人工智能和传感器的飞跃使这些“更友好”的机器人成为现实，但成本仍然阻碍了它们的广泛采用。
然而，最大的成本因素并不总是先进的软件和传感器。还归结为一些最基本的机器部件：例如齿轮，据悉，在某些协作机器人的制造中，高精度齿轮的成本至少是机械臂的一半。
现在总部位于加利福尼亚州的 Amorphology 希望降低协作机器人的价格，这些技术最初是为从未用于人类互动的机器人（美国宇航局的行星漫游车）制造的。
与地球上的大多数齿轮一样，NASA 漫游车上的齿轮是由钢制成的，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要花费大约三个小时来加热润滑油，消耗了大约四分之一的可自由支配的能量。
金属玻璃（非晶态合金）可以在其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为固态。原子像玻璃一样随机排列，赋予了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——金属玻璃可能非常坚固，而且因为它们不是结晶的，所以金属玻璃是有弹性的。
大多数组合物还形成坚硬、光滑的陶瓷氧化物表面，这些特性共同为由一些非晶态金属制成的齿轮提供了长寿命而无需润滑的特点。这对 NASA 来说非常重要，因为可以在不润滑齿轮箱的情况下运行齿轮箱。
目前，Motiv Space Systems 公司为月球任务合作开发的冷可操作月球可部署臂 (COLDArm) 预计