<p>麻省理工學院(MIT)的研究人員在制造能夠?qū)嶋H且經(jīng)濟地組裝幾乎任何東西的機器人方面取得了重大進展，包括比自己大得多的東西，從車輛到建筑物再到更大的機器人。</p> <p>&nbsp;</p> <p>麻省理工學院比特與原子中心(CBA)的這項新工作建立在多年研究的基礎上，其中包括最近的一些研究，這些研究表明，像可變形的飛機機翼和功能性賽車這樣的物體可以由微小的、相同的輕量級部件組裝而成，并且可以制造出機器人設備來執(zhí)行其中的一些組裝工作。現(xiàn)在，該團隊已經(jīng)證明，裝配機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，機器人可以大量獨立移動，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)表了這項新研究。</p> <p>&nbsp;</p> <p>格申菲爾德說，完全自主的自我復制機器人裝配系統(tǒng)還需要數(shù)年時間才能實現(xiàn)，它既能裝配更大的結(jié)構(gòu)，包括更大的機器人，又能規(guī)劃最佳的施工順序。但這項新工作在實現(xiàn)這一目標方面取得了重要進展，包括解決何時制造更多機器人、制造多大的機器人等復雜任務，以及如何組織不同大小的機器人群，以有效地構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)，而不會相互碰撞。</p> <p>&nbsp;</p> <p>與之前的實驗一樣，這個新系統(tǒng)包括由一組稱為體素(相當于二維像素的體積)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械結(jié)構(gòu)部件，該團隊現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出了復雜的體素，每個體素都可以從一個單元傳遞能量和數(shù)據(jù)到下一個單元。這將使建造的結(jié)構(gòu)不僅能承受載荷，而且還能進行工作，例如提升、移動和操縱材料&mdash;&mdash;包括體素本身。</p> <p>&nbsp;</p> <p>格申菲爾德說:&ldquo;當我們建立這些結(jié)構(gòu)時，你必須把智能納入其中。&rdquo;早期版本的裝配機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>機器人本身由一串端到端連接在一起的幾個體素組成。它們可以利用一端的附著點抓取另一個體素，然后像尺蠖一樣移動到所需的位置，在那里體素可以附著在生長的結(jié)構(gòu)上并在那里釋放。</p> <p>&nbsp;</p> <p>格申菲爾德解釋說，雖然他的團隊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)，但當這些結(jié)構(gòu)的尺寸達到與裝配機器人尺寸相關的某一點時，這個過程將變得越來越低效，因為每個機器人將每個部件運送到目的地的路徑越來越長。到那時，有了新系統(tǒng)，機器人就可以決定是時候建造一個更大的自己了，可以到達更遠的距離，減少旅行時間。一個更大的結(jié)構(gòu)可能需要另一個這樣的步驟，新的更大的機器人創(chuàng)建更大的，而一個結(jié)構(gòu)的部分，包括很多細節(jié)可能需要更多的最小的機器人。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Abdel-Rahman說，這些機器人設備在組裝過程中每一步都面臨著選擇:&ldquo;它可以建造一個結(jié)構(gòu)，或者建造另一個同樣大小的機器人，或者建造一個更大的機器人。&rdquo;研究人員一直關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)建一個錐形或半球形，你如何開始規(guī)劃路徑，以及你如何將這個形狀劃分到不同的區(qū)域，讓不同的機器人可以工作?&rdquo;他們開發(fā)的軟件允許人們輸入一個形狀，并得到一個輸出，顯示在需要通過的距離的基礎上，放置第一個塊和之后的每個塊的位置。</p> <p>&nbsp;</p> <p>格申菲爾德說，有成千上萬篇關于機器人路線規(guī)劃的論文發(fā)表。&ldquo;但在那之后，機器人必須決定建造另一個機器人或不同類型的機器人&mdash;&mdash;這是新的。這之前真的沒有任何先例。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然實驗系統(tǒng)可以進行組裝，包括電源和數(shù)據(jù)鏈，但在當前版本中，微型子單元之間的連接器不夠牢固，無法承受必要的負載。這個團隊，包括研究生Miana Smith，現(xiàn)在正專注于開發(fā)更強的連接器。格申菲爾德說:&ldquo;這些機器人可以行走，也可以放置零件，但我們已經(jīng)接近&mdash;&mdash;但還沒有完全達到&mdash;&mdash;其中一個機器人制造另一個機器人，然后它走開。&rdquo;這要歸功于微調(diào)，比如執(zhí)行器的力和關節(jié)的強度。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、高價值的建筑。舉例來說，目前制造飛機的方式包括大型工廠，機架比制造的部件大得多，然后&ldquo;當你制造一架大型噴氣式飛機時，你需要大型噴氣式飛機來運送制造大型噴氣式飛機的部件，&rdquo;格申菲爾德說。像這樣一個由微型機器人組裝的微小部件組成的系統(tǒng)，&ldquo;飛機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，在第一輛車真正制造出來之前，&ldquo;你可以花一年的時間在加工上&rdquo;，他說。新系統(tǒng)將繞過這整個過程。這種潛在的效率就是為什么Gershenfeld和他的學生一直與汽車公司、航空公司和NASA密切合作的原因。但即使是技術含量相對較低的建筑行業(yè)也可能受益。</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然人們對3d打印房屋的興趣越來越大，但如今，3d打印所需的打印設備與正在建造的房屋一樣大，甚至更大。同樣，這種結(jié)構(gòu)由成群的微型機器人組裝的可能性也會帶來好處。美國國防高級研究計劃局(Defense Advanced Research Projects Agency)也對建造海岸保護結(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>休斯敦大學電子與計算機工程副教授Aaron Becker沒有參與這項研究，他稱這篇論文是&ldquo;一場本壘打&mdash;&mdash;提供了一個創(chuàng)新的硬件系統(tǒng)，一種新的方法來思考如何擴展蜂群，以及嚴格的算法。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>貝克爾補充說:&ldquo;這篇論文研究了可重構(gòu)系統(tǒng)的一個關鍵領域:如何快速擴大機器人勞動力的規(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從全新的角度來解決這個問題的工作&mdash;&mdash;使用一組原始的機器人部件來構(gòu)建一套機器人，這些機器人的尺寸經(jīng)過優(yōu)化，可以盡快構(gòu)建所需的結(jié)構(gòu)(和其他機器人)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該研究團隊還包括麻省理工學院cba學生本杰明&middot;珍妮特和克里斯托弗&middot;卡梅倫，后者目前在美國陸軍研究實驗室工作。這項工作得到了NASA、美國陸軍研究實驗室和CBA財團的資助。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>