如今,機器人的各個組件——傳感器、計算機、作動器(actuator)、電池等等,在不斷縮小體積的同時提高效率。設(shè)計小巧的機器人,不一定需要在功能上做太多妥協(xié)。但是,日常機器人仍然要有一個體積的下限——以便與人交互,在為人類體型設(shè)計的環(huán)境下工作。開發(fā)者們能通過設(shè)計模塊化機器人,充分利用更小巧的零部件的優(yōu)點。換句話說,設(shè)計出小巧的模塊化機器人,利用他們的組合搭配,變成各種用途的大型機器人。


坐姿矯正裝置

鏈式機器人通過燈光動作控制面具表情

某種程度上,這種模塊化開發(fā)機器人的方式比傳統(tǒng)方式更難,甚至是指數(shù)級的難度增長。如果開發(fā)單個機器人已經(jīng)夠復雜,研發(fā)n個機器人之間的組合的復雜度,可能是前者的n次方。但是,只要開發(fā)者能解決關(guān)鍵的交流和協(xié)作問題,模組化機器人系統(tǒng)會帶來巨大的好處——根據(jù)應(yīng)用場景改變機器人的大小、組合方式,并且修理和拆裝會變得極度簡單。
麻省理工(MIT)最新的的鏈式機器人“ChainFORM”就是模組化思路的結(jié)晶。它是之前MIT開發(fā)的蛇形機器人的升級版本,該機器人第一次把模塊化設(shè)計帶入他們的機器人系統(tǒng),你可以根據(jù)需要,截下任意一段機器人,對它們重新組合,做各種有意思的事。

和鏈式機器人做簡單的互動

坐姿矯正裝置

鏈式機器人通過燈光動作控制面具表情
MIT媒體實驗室把鏈式機器人稱為“可變形界面”,這是由于開發(fā)者隸屬“有形媒體組”。如果他們來自“機器人組”,一定不會取這么文藝的名字,而是類似“能閃光的可拆卸模組化蛇形機器人”的技術(shù)宅命名。每一個鏈式模組,都在多面搭載了觸摸傳感器、角度傳感器、閃光裝置和一個基于伺服電動機的作動器。
最困難的地方是交流架構(gòu):MIT發(fā)明出了能自動檢測出有多少模組、每個模組之間是如何連接的系統(tǒng),并且保留了實時輸入、輸出功能。由于在任何時刻,每個模組的相對位置和方向都是可知的,你可以用它們做一些很酷的事:比如開發(fā)一個動態(tài)組裝的顯示器,即便在改變模組形狀的時候仍然能夠正常工作(或者自動改變工作模式)。

鏈式機器人對觸感的識別
嚴格來講,這個鏈式機器人還不是真正意義的全模組——每個模塊尚不能夠獨立運作。它們需要被一根電線串聯(lián)在一起供電。對于整體的操控,有一塊通過USB和計算機交流的獨立控制主板。目前,由于連接裝置的電阻,使用一根供電線限制了能夠連接模組數(shù)量:研究人員最多只能連接21塊模組,除非在鏈式機器人另一頭再加上一根電線。
即便如此,這些模組的物理力量還是很大的——每個模組能施展出0.8kg/cm的扭矩,對于推拉小東西已經(jīng)夠用了。它們推不動人的四肢,但是你能感覺到它們在用力。對于一些觸感反饋應(yīng)用,這已經(jīng)足夠了(未來集成鏈式機器人的VR觸感裝置?)。另外,它們能夠支持自身的大部分重量(能夠像蛇一樣上半身立起)

鏈式機器人手部外骨骼演示
正對鏈式機器人進行功能升級的研究人員們表示,它的使用價值有很大提升潛力。據(jù)雷鋒網(wǎng)消息,下一步,他們想要實現(xiàn):
在模組的每個面裝上高清顯示屏;
開發(fā)更多的關(guān)節(jié)連接方式,以連接不同模組;
把每個模組進一步分解,拆為不同相連部件的設(shè)計;
實現(xiàn)模組的自我組裝,有些模組化機器人已經(jīng)做到這點。
研究人員還在討論添加不同的傳感器模組和作動器模組,這能提高整個系統(tǒng)的功能,同時不會增加單個模組的復雜性。但這同時意味著,鏈式機器人會成為一個由多種模組組成的系統(tǒng),不再是極簡主義的、一塊塊相同“鏈條”組成的“鏈式機器人”。
目前,模塊化機器人還停留在基礎(chǔ)研究階段。MIT科研人員雖然發(fā)現(xiàn)了該鏈式機器人的很多應(yīng)用可能(背背佳,外骨骼,做鬼臉等等),但也僅僅是“可能”。目前還沒有發(fā)現(xiàn)能發(fā)揮其專長的應(yīng)用場景。模組化機器人的前景如何?應(yīng)用方向到底在哪里?回答這些問題很大程度上還是要靠我們的想象。數(shù)十個機器人模塊組成的變形金剛或者飛行汽車,或許是該技術(shù)在未來的表現(xiàn)形式之一,但我們離那一步無疑還有很遠。如研究人員所解釋,機器人的模塊化設(shè)計看似“省事”,但要真為它找到合適的應(yīng)用,這比開發(fā)其他機器人,甚至是Atlas那樣的人形機器人或許還要困難。至少我們知道,設(shè)計模塊化系統(tǒng)需要的想象力,足以讓一流設(shè)計師窮盡腦汁。