机器人“套娃”真的来了

Alex 发自 凹非寺

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What，机器人都已经进化到能自己造自己了？！

麻省理工（MIT）的研究人员脑洞大开，于是有了这番情景：

机器人1号忙前忙后，一边挑选零件，一边自主组装。

不一会儿后，一模一样的机器人2号就地诞生！

还没完，机器人2号刚来到这个世界，立刻就能和1号那样灵活运动，然后它还给自己“戴上”2个饰品，哦不，配件。

好家伙，这算是机器人“套娃”吗？？？

MIT的研究者指出：

这种机器人除了能克隆自己外，还能分层搭建出更大的机器人。

按此思路，以后造大型建筑或大型机械设备时，或许可以让小模块像搭积木似的一步步构造，不用再在旁边弄个巨型机床之类的了。

这样能大大提高建造效率！

相关研究论文已登上了Nature子刊Communications Engineering。

神奇的“智能”模块

从前文的动图中不难看出，这种机器人能如此快速地克隆自己，主要得益于它的一块块“零件”，研究者称之为Voxel。

Voxel一词是体积像素（Volume Pixel）的简称，我们可以简单把它理解为模块。

至于模块为什么会长成这样，研究者称，灵感来源于晶格，也就是原子在晶体中排列规律的空间结构。

立方八面体的结构具有低密度以及高刚度的优势，还方便搭建和拆卸。

这些模块除了有机械结构之外，还有智能控制系统。

模块内部搭载了电池，还有中央处理器和执行器等，让其可以灵活地动起来，还能自主导航。

而模块边沿则装有磁吸弹簧针连接器，两个模块只需要“贴贴”，就可以牢固地连在一起：

就算没有电线，每组面对面连接也能在10V电压下，传输8A的电流和50N的拉伸力。

不过仅靠运动还不够，机器人选取零件和搭载新机器人的过程还涉及抓取的动作。

所以研究团队还给机器人设计了“手腕儿”。

这个“关节”比其他模块更灵活，方便机器人“拿起”零件以及分层搭建。

接下来，机器人就可以有条不紊地克隆自己了。

幕后的集中控制程序

到这里，还有一个问题：机器人是如何抓取正确的模块，并按顺序拼出想要的新结构？

研究人员开发了一个集中控制程序。

通过这个程序，机器人可以自我复制、离散化形状、规划移动路径，并合理分配任务。

首先，机器人的计算系统会根据给定目标形状，自动生成适合的构建序列。通过编译器，将输入的几何体离散成有序的分层构建块。

然后，系统还会分析出最佳组装顺序，来提高效率并防止过程混乱。

也就是说，机器人不仅能复制粘贴自己，还能分层搭出更大的机器人或者其他结构。

举个栗子~

如果现在要建造一个大圆锥，第一步需要人在集中控制程序处输入这个“施工目标”。

然后系统就会自动将这个形状拆分开，确定施工顺序，并确定施工队的组成，告诉第一个机器人还需要多少个小伙伴来完成任务。

然后，系统会发出指令，让第一个机器人以递归的方式造出自己的工友。

接着，系统还会分配任务，运用贪心算法找到最高效的施工路径，避免一群机器人发生碰撞。

分层算法则用来分解施工步骤，小机器人制造组件，大机器人则负责将做好的组件搭起来。

不过，研究者也指出，在实操过程中，部件还不够灵活（开头的动图是模拟环境中的样子），目前他们正在研究开发更强大、灵敏的连接器。

研究者简介

研究人员来自MIT的比特与原子研究中心以及美国陆军研究实验室。

论文一作兼通讯作者Amira Abdel-Rahman，现为MIT在读博士研究生，硕士毕业于哈佛大学技术设计研究专业。

她的主要研究方向为，利用计算机来分析制造过程和制造系统。

系统整体构思的设计者为Neil Gershenfeld教授，现为MIT比特和原子研究中心主任，他也是美国物理学会会员。

MIT比特和原子研究中心，目前正在致力于打破计算机科学和经典物理学之间界限，探索如何把数据和硬件更好地结合联动。

论文地址：
https://www.nature.com/articles/s44172-022-00034-3
参考链接：
https://techcrunch.com/2022/11/22/researchers-are-building-robots-that-can-build-themselves/