科羅拉多大學(xué)博爾德分校的ATLAS研究所的研究人員最近開發(fā)了一群形狀不大的小型機(jī)器人，稱為ShapeBots。這些可自我變形的機(jī)器人（已發(fā)表在arXiv上的一篇論文中提出）可以更改其個(gè)人和集體配置，以便在各種設(shè)置中顯示和可視化信息。
ShapeBots代表了一種新型的形狀更改界面，該界面由大量可自我變形的機(jī)器人組成。A）兩個(gè)ShapeBot元素。B）用于自動(dòng)轉(zhuǎn)換的基于微型卷盤的線性致動(dòng)器。通過利用個(gè)體和集體轉(zhuǎn)換，ShapeBots可以提供C）交互式物理顯示（例如，渲染矩形），D）對(duì)象致動(dòng)（例如，清理桌子），E）分布式形狀顯示（例如，渲染動(dòng)態(tài)表面）和F ）嵌入式數(shù)據(jù)物理化（例如，在美國(guó)地圖上顯示各州的人口）。圖片來源：Suzuki等。
這些機(jī)器人是由博士生鈴木龍子（ryo suzuki）和鄭立民（clement zheng）在科羅拉多大學(xué)博爾德分校（university of colorado boulder）其他幾名研究人員的幫助和監(jiān)督下開發(fā)的。他們的工作靈感來自于鈴木之前的一些研究工作，比如“反應(yīng)性”項(xiàng)目，在這個(gè)項(xiàng)目中，鈴木通過直接的手操作來編程微小的機(jī)器人行為。
鈴木始終對(duì)動(dòng)態(tài)的人機(jī)交互著迷，并且他經(jīng)常嘗試開發(fā)可以以獨(dú)特和創(chuàng)新方式與用戶通信的機(jī)器人。到目前為止，他大多數(shù)研究的主要目標(biāo)是提出新的計(jì)算媒介，可以增加和改變?nèi)祟悓?duì)周圍環(huán)境的思考，設(shè)計(jì)，編程和交互方式。進(jìn)行這項(xiàng)研究的另外兩名研究人員Ellen Do和Mark D. Gross表示：“人類環(huán)境的規(guī)模可能不同。” “例如，桌面環(huán)境可以在桌子上包括物體，或者在桌面表面上有投影。辦公室環(huán)境可以包括家具，例如桌子，椅子，還包括書架和櫥柜，或者墻上的鐘表，海報(bào)和白板。這些對(duì)象也可以用機(jī)器人移動(dòng)或變換。”
在最近的合作中，Do，Gross，Suzuki，Zheng及其團(tuán)隊(duì)的其他成員著手研究ShapeBots可能會(huì)做什么，以及它們?nèi)绾闻c人類互動(dòng)。Suzuki和Zheng專注于構(gòu)建機(jī)器人并對(duì)其行為進(jìn)行編程。
“我們研究的思想很簡(jiǎn)單，如果我們所有的環(huán)境都是由可變形的小型機(jī)器人組成的，那該怎么辦？” Do和Gross解釋道。“這些小型機(jī)器人在哪些有用的場(chǎng)景中可以幫助使我們的生活變得有趣或更輕松？這些場(chǎng)景的一些示例可能是清潔桌面，防止我們拿起太熱的咖啡杯，根據(jù)以下信息顯示人口信息：地圖上的地理位置，用作交互式圖形等。”
每個(gè)單獨(dú)的ShapeBot都配備小型電動(dòng)機(jī)，使其可以在平坦的表面上行駛，以及用于伸展和縮回其手臂的附加電動(dòng)機(jī)。機(jī)器人與主機(jī)通信，該主機(jī)使用攝像機(jī)連續(xù)跟蹤其位置，并跟蹤攝像機(jī)的位置。主機(jī)編排了機(jī)器人在平坦桌面上的運(yùn)動(dòng)，以機(jī)器人和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和手臂運(yùn)動(dòng)（即伸展或縮回）的形式單獨(dú)和整體地指導(dǎo)它們。
Do and Gross表示：“ ShapeBots的主要優(yōu)勢(shì)在于它們的成本低廉，因?yàn)樗鼈兪怯珊?jiǎn)單的電子產(chǎn)品和通用材料制成的。“我們手工組裝了每個(gè)機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人的成本約為25美元。此外，ShapeBots還提供了一種通用的方式來“物理化”信息（數(shù)據(jù)）。”
過去的許多研究都探索了在二維屏幕上可視化和顯示信息的方法。另一方面，由這組研究人員開發(fā)的ShapeBots將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)可視化擴(kuò)展到3-D環(huán)境，從而允許用戶與呈現(xiàn)給他們的信息進(jìn)行物理交互。與其他機(jī)器人相比，ShapeBots可以通過伸出或縮回手臂來更改其形狀和群組配置。它們具有大多數(shù)機(jī)器人群的能力；他們還可以通過他們的轉(zhuǎn)換向用戶集體顯示數(shù)據(jù)。
為了改變形狀，機(jī)器人利用了小巧而纖細(xì)的（2.5cm）執(zhí)行器，該驅(qū)動(dòng)器的靈感來自于卷尺背后的機(jī)制，它可以水平和垂直延伸至20cm。這些執(zhí)行器采用模塊化設(shè)計(jì)，可將群體轉(zhuǎn)換為各種形狀和幾何形狀。
Do和Gross表示：“我們的研究表明，我們可以使用大量廉價(jià)的小型機(jī)器人與信息進(jìn)行交互，從而將物理世界和數(shù)字世界聯(lián)系起來。” “但是，我們開發(fā)的ShapeBots仍然是一個(gè)原型。它們?cè)趯?shí)驗(yàn)室環(huán)境中相對(duì)強(qiáng)大，但是在三年級(jí)的教室中使用時(shí)間不長(zhǎng)。”
到目前為止，研究人員已經(jīng)使用變形機(jī)器人完成了簡(jiǎn)單的實(shí)用和可視化任務(wù)，例如清理桌子或在美國(guó)地圖上顯示各州的人口。但是，由于自變換機(jī)器人群仍然是原型，因此團(tuán)隊(duì)必須對(duì)其進(jìn)行完善并進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試，然后才能將其引入現(xiàn)實(shí)環(huán)境。
研究人員最終希望減小機(jī)器人的尺寸，同時(shí)降低制造成本并提高其可靠性。實(shí)際上，按照現(xiàn)在的大小，用戶一次只能在桌面上安裝十二個(gè)ShapeBots。但是，如果漫游器小十倍，則可能會(huì)超過100個(gè)，從而可以實(shí)現(xiàn)更高分辨率的可視化。
Shapebots將在10月22日在新奧爾良舉行的UIST（用戶界面軟件技術(shù)）會(huì)議上展出。研究人員在論文中重點(diǎn)介紹了許多有用的設(shè)置，包括學(xué)校，博物館和其他學(xué)習(xí)環(huán)境。
Do和Gross補(bǔ)充說：“我們現(xiàn)在也正在研究如何對(duì)可以改變形狀的大型機(jī)器人的行為進(jìn)行編程。” “當(dāng)您擁有一百或更多的機(jī)器人時(shí)，對(duì)它們進(jìn)行逐一編程是不切實(shí)際的，因此我們可以設(shè)計(jì)哪種“語言”來控制它們的行為和交互？如果我們可以將它們從桌面上移到地板，墻壁，甚至在太空中徘徊？”
