<p>麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員在制造能夠?qū)嶋H且經(jīng)濟(jì)地組裝幾乎任何東西的機(jī)器人方面取得了重大進(jìn)展，包括比自己大得多的東西，從車輛到建筑物再到更大的機(jī)器人。</p> <p>&nbsp;</p> <p>麻省理工學(xué)院比特與原子中心(CBA)的這項(xiàng)新工作建立在多年研究的基礎(chǔ)上，其中包括最近的一些研究，這些研究表明，像可變形的飛機(jī)機(jī)翼和功能性賽車這樣的物體可以由微小的、相同的輕量級(jí)部件組裝而成，并且可以制造出機(jī)器人設(shè)備來執(zhí)行其中的一些組裝工作。現(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，裝配機(jī)器人和正在建造的結(jié)構(gòu)組件都可以由相同的子單元組成，機(jī)器人可以大量獨(dú)立移動(dòng)，快速完成大規(guī)模裝配。</p> <p>&nbsp;</p> <p>CBA博士生Amira Abdel-Rahman、CBA教授兼主任Neil Gershenfeld和其他三人在《自然通信工程》雜志上發(fā)表了這項(xiàng)新研究。</p> <p>&nbsp;</p> <p>格申菲爾德說，完全自主的自我復(fù)制機(jī)器人裝配系統(tǒng)還需要數(shù)年時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)，它既能裝配更大的結(jié)構(gòu)，包括更大的機(jī)器人，又能規(guī)劃最佳的施工順序。但這項(xiàng)新工作在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)方面取得了重要進(jìn)展，包括解決何時(shí)制造更多機(jī)器人、制造多大的機(jī)器人等復(fù)雜任務(wù)，以及如何組織不同大小的機(jī)器人群，以有效地構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)，而不會(huì)相互碰撞。</p> <p>&nbsp;</p> <p>與之前的實(shí)驗(yàn)一樣，這個(gè)新系統(tǒng)包括由一組稱為體素(相當(dāng)于二維像素的體積)的相同的微小子單元組成的大型可用結(jié)構(gòu)。但是，盡管早期的體素是純粹的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件，該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出了復(fù)雜的體素，每個(gè)體素都可以從一個(gè)單元傳遞能量和數(shù)據(jù)到下一個(gè)單元。這將使建造的結(jié)構(gòu)不僅能承受載荷，而且還能進(jìn)行工作，例如提升、移動(dòng)和操縱材料&mdash;&mdash;包括體素本身。</p> <p>&nbsp;</p> <p>格申菲爾德說:&ldquo;當(dāng)我們建立這些結(jié)構(gòu)時(shí)，你必須把智能納入其中。&rdquo;早期版本的裝配機(jī)器人是通過一捆捆的電線連接到電源和控制系統(tǒng)上的，&ldquo;出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)電子的想法&mdash;&mdash;制造體素來傳輸能量、數(shù)據(jù)和力。&rdquo;看著運(yùn)行中的新系統(tǒng)，他指出:&ldquo;沒有電線。這就是結(jié)構(gòu)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>機(jī)器人本身由一串端到端連接在一起的幾個(gè)體素組成。它們可以利用一端的附著點(diǎn)抓取另一個(gè)體素，然后像尺蠖一樣移動(dòng)到所需的位置，在那里體素可以附著在生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)上并在那里釋放。</p> <p>&nbsp;</p> <p>格申菲爾德解釋說，雖然他的團(tuán)隊(duì)成員展示的早期系統(tǒng)原則上可以建造任意大的結(jié)構(gòu)，但當(dāng)這些結(jié)構(gòu)的尺寸達(dá)到與裝配機(jī)器人尺寸相關(guān)的某一點(diǎn)時(shí)，這個(gè)過程將變得越來越低效，因?yàn)槊總€(gè)機(jī)器人將每個(gè)部件運(yùn)送到目的地的路徑越來越長(zhǎng)。到那時(shí)，有了新系統(tǒng)，機(jī)器人就可以決定是時(shí)候建造一個(gè)更大的自己了，可以到達(dá)更遠(yuǎn)的距離，減少旅行時(shí)間。一個(gè)更大的結(jié)構(gòu)可能需要另一個(gè)這樣的步驟，新的更大的機(jī)器人創(chuàng)建更大的，而一個(gè)結(jié)構(gòu)的部分，包括很多細(xì)節(jié)可能需要更多的最小的機(jī)器人。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Abdel-Rahman說，這些機(jī)器人設(shè)備在組裝過程中每一步都面臨著選擇:&ldquo;它可以建造一個(gè)結(jié)構(gòu)，或者建造另一個(gè)同樣大小的機(jī)器人，或者建造一個(gè)更大的機(jī)器人。&rdquo;研究人員一直關(guān)注的部分工作是為這種決策創(chuàng)建算法。</p> <p>&nbsp;</p> <p>她說:&ldquo;例如，如果你想構(gòu)建一個(gè)錐形或半球形，你如何開始規(guī)劃路徑，以及你如何將這個(gè)形狀劃分到不同的區(qū)域，讓不同的機(jī)器人可以工作?&rdquo;他們開發(fā)的軟件允許人們輸入一個(gè)形狀，并得到一個(gè)輸出，顯示在需要通過的距離的基礎(chǔ)上，放置第一個(gè)塊和之后的每個(gè)塊的位置。</p> <p>&nbsp;</p> <p>格申菲爾德說，有成千上萬篇關(guān)于機(jī)器人路線規(guī)劃的論文發(fā)表。&ldquo;但在那之后，機(jī)器人必須決定建造另一個(gè)機(jī)器人或不同類型的機(jī)器人&mdash;&mdash;這是新的。這之前真的沒有任何先例。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以進(jìn)行組裝，包括電源和數(shù)據(jù)鏈，但在當(dāng)前版本中，微型子單元之間的連接器不夠牢固，無法承受必要的負(fù)載。這個(gè)團(tuán)隊(duì)，包括研究生Miana Smith，現(xiàn)在正專注于開發(fā)更強(qiáng)的連接器。格申菲爾德說:&ldquo;這些機(jī)器人可以行走，也可以放置零件，但我們已經(jīng)接近&mdash;&mdash;但還沒有完全達(dá)到&mdash;&mdash;其中一個(gè)機(jī)器人制造另一個(gè)機(jī)器人，然后它走開。&rdquo;這要?dú)w功于微調(diào)，比如執(zhí)行器的力和關(guān)節(jié)的強(qiáng)度。但現(xiàn)在已經(jīng)足夠了，這些是通向成功的部分。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>最終，這樣的系統(tǒng)可能被用來建造各種各樣的大型、高價(jià)值的建筑。舉例來說，目前制造飛機(jī)的方式包括大型工廠，機(jī)架比制造的部件大得多，然后&ldquo;當(dāng)你制造一架大型噴氣式飛機(jī)時(shí)，你需要大型噴氣式飛機(jī)來運(yùn)送制造大型噴氣式飛機(jī)的部件，&rdquo;格申菲爾德說。像這樣一個(gè)由微型機(jī)器人組裝的微小部件組成的系統(tǒng)，&ldquo;飛機(jī)的最終組裝是唯一的組裝。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>類似地，在生產(chǎn)一輛新車時(shí)，在第一輛車真正制造出來之前，&ldquo;你可以花一年的時(shí)間在加工上&rdquo;，他說。新系統(tǒng)將繞過這整個(gè)過程。這種潛在的效率就是為什么Gershenfeld和他的學(xué)生一直與汽車公司、航空公司和NASA密切合作的原因。但即使是技術(shù)含量相對(duì)較低的建筑行業(yè)也可能受益。</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然人們對(duì)3d打印房屋的興趣越來越大，但如今，3d打印所需的打印設(shè)備與正在建造的房屋一樣大，甚至更大。同樣，這種結(jié)構(gòu)由成群的微型機(jī)器人組裝的可能性也會(huì)帶來好處。美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(Defense Advanced Research Projects Agency)也對(duì)建造海岸保護(hù)結(jié)構(gòu)以防止侵蝕和海平面上升的可能性感興趣。</p> <p>&nbsp;</p> <p>休斯敦大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程副教授Aaron Becker沒有參與這項(xiàng)研究，他稱這篇論文是&ldquo;一場(chǎng)本壘打&mdash;&mdash;提供了一個(gè)創(chuàng)新的硬件系統(tǒng)，一種新的方法來思考如何擴(kuò)展蜂群，以及嚴(yán)格的算法。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>貝克爾補(bǔ)充說:&ldquo;這篇論文研究了可重構(gòu)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域:如何快速擴(kuò)大機(jī)器人勞動(dòng)力的規(guī)模，并使用它有效地將材料組裝成所需的結(jié)構(gòu)。這是我看到的第一個(gè)從全新的角度來解決這個(gè)問題的工作&mdash;&mdash;使用一組原始的機(jī)器人部件來構(gòu)建一套機(jī)器人，這些機(jī)器人的尺寸經(jīng)過優(yōu)化，可以盡快構(gòu)建所需的結(jié)構(gòu)(和其他機(jī)器人)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該研究團(tuán)隊(duì)還包括麻省理工學(xué)院cba學(xué)生本杰明&middot;珍妮特和克里斯托弗&middot;卡梅倫，后者目前在美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室工作。這項(xiàng)工作得到了NASA、美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和CBA財(cái)團(tuán)的資助。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>