2011年，麻省理工學(xué)院的一位名叫約翰·羅曼尼辛（John Romanishin）的學(xué)生向他的機(jī)器人學(xué)教授丹妮拉·魯斯（Daniela Rus）提出了一種模塊化機(jī)器人的新設(shè)計(jì)，她的老師說：“那不可能。”

 

　　兩年后，Rus向她的同事展示了康奈爾大學(xué)機(jī)器人研究員Hod Lipson的視頻，該視頻基于Romanishin的設(shè)計(jì)播放了原型機(jī)器人的視頻。利普森說：“那不可能。”

 

　　11月，Romanishin（現(xiàn)在是麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）的研究科學(xué)家）和博士后Kyle Gilpin將一勞永逸地建立起來，他們將在會(huì)議上介紹他們的新型機(jī)器人的論文。

 

　　機(jī)器人被稱為M塊，是沒有外部活動(dòng)部件的立方體。盡管如此，它們?nèi)阅軌蛳嗷ヅ逝溃诳罩刑S，翻越地面，甚至還可以從金屬表面倒吊下來移動(dòng)。每個(gè)M塊內(nèi)部都有一個(gè)飛輪，其轉(zhuǎn)速可以達(dá)到每分鐘20,000轉(zhuǎn)。飛輪制動(dòng)時(shí)，它將角動(dòng)量傳遞給立方體。在M塊的每個(gè)邊緣以及每個(gè)面上，都巧妙地布置了永久磁鐵，該磁鐵允許任意兩個(gè)立方體相互連接。

 

　　電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)教授，CSAIL主任Rus說：“這是[模塊化機(jī)器人]社區(qū)長期以來一直在嘗試的事情之一。“ “我們只需要一個(gè)有創(chuàng)造力的見識(shí)，以及一個(gè)有足夠的熱情去堅(jiān)持下去的人-盡管灰心喪氣。”

 

　　在此之前，讓一群群簡(jiǎn)單的、相互作用的機(jī)器人有潛力釋放完成復(fù)雜任務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)，不過，要讓這些機(jī)器人實(shí)現(xiàn)真正的蜂巢式協(xié)調(diào)思維，已被證明是一個(gè)障礙。為了改變這種狀況，麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）的一個(gè)團(tuán)隊(duì)想出了一個(gè)令人驚訝的簡(jiǎn)單方案：自動(dòng)組裝的機(jī)器人立方體，可以在空中相互攀爬、跳躍和在地面上滾動(dòng)。

 

　　雖然立方體不能像電子游戲“minecraft”中的立方體那樣容易操作，但該團(tuán)隊(duì)設(shè)想了在災(zāi)難響應(yīng)和救災(zāi)方面的強(qiáng)大應(yīng)用。想象一下，一座燃燒的大樓，樓梯消失了，在未來，你可能會(huì)簡(jiǎn)單地把M型塊扔在地上，看著它們建造一個(gè)臨時(shí)樓梯，用來爬上屋頂或下到地下室去營救遇難者。除了救災(zāi)，研究人員還設(shè)想將這些積木用于游戲、制造業(yè)和醫(yī)療保健等領(lǐng)域。

 

　　正如Rus解釋的那樣，研究可重構(gòu)機(jī)器人的研究人員長期以來一直使用一種稱為滑動(dòng)立方體模型的抽象。在此模型中，如果兩個(gè)立方體面對(duì)面，則其中一個(gè)可以向上滑動(dòng)另一個(gè)，而無需改變方向即可在其頂部滑動(dòng)。

 

　　滑動(dòng)立方體模型簡(jiǎn)化了自組裝算法的開發(fā)，但是實(shí)現(xiàn)自組裝算法的機(jī)器人往往要復(fù)雜得多。例如，Rus的小組以前開發(fā)了一種名為Molecule的模塊化機(jī)器人，該機(jī)器人由兩個(gè)由一個(gè)成角度的桿連接的立方體組成，并具有18個(gè)獨(dú)立的電機(jī)。羅斯說：“當(dāng)時(shí)我們?yōu)橹械津湴痢?rdquo;
 

 

　　在項(xiàng)目第一次迭代六年后，機(jī)器人現(xiàn)在可以在塊的每個(gè)面上使用類似條形碼的系統(tǒng)相互“通信”，使模塊能夠相互識(shí)別。由16個(gè)塊組成的自治艦隊(duì)現(xiàn)在可以完成簡(jiǎn)單的任務(wù)或行為，例如形成一條直線、跟隨箭頭或跟蹤燈光。

 

　　麻省理工學(xué)院的教授兼CSAIL主任丹尼拉·羅斯說：“M代表運(yùn)動(dòng)、磁鐵和魔法。”運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榱⒎襟w可以跳躍移動(dòng)。磁鐵，“因?yàn)榱⒎襟w可以用磁鐵連接到其他立方體，一旦連接起來，它們就可以一起移動(dòng)，連接到組裝結(jié)構(gòu)上。”像是“魔法”！因?yàn)槲覀兛床坏饺魏我苿?dòng)的部分，立方體似乎是由魔法驅(qū)動(dòng)的。

 

　　以前的模塊化機(jī)器人系統(tǒng)通常使用帶有小型機(jī)械臂（稱為外部執(zhí)行器）的單元模塊來處理運(yùn)動(dòng)。即使是最簡(jiǎn)單的動(dòng)作，這些系統(tǒng)也需要大量的協(xié)調(diào)，一次跳躍或跳躍需要多個(gè)命令。
 

 

　　在通信方面，其他的嘗試包括使用紅外線或無線電波，這會(huì)很快變得笨重：如果你在一個(gè)小范圍內(nèi)有很多機(jī)器人，它們都試圖互相發(fā)送信號(hào)，就會(huì)打開一個(gè)混亂的沖突和混亂通道。

 

　　團(tuán)隊(duì)已經(jīng)解決了物理障礙，關(guān)鍵的挑戰(zhàn)仍然存在：如何使這些立方體通信并可靠地識(shí)別相鄰模塊的配置？Romanishin提出了一些算法，旨在幫助機(jī)器人完成簡(jiǎn)單的任務(wù)，或者說“行為”，這讓他們產(chǎn)生了一個(gè)類似條形碼的系統(tǒng)的想法，在這個(gè)系統(tǒng)中，機(jī)器人可以感知他們連接到的其他塊的身份和面像。

 

　　在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，研究小組讓這些模塊從一個(gè)隨機(jī)結(jié)構(gòu)變成一條直線，他們觀察這些模塊是否能夠確定它們相互連接的具體方式。如果他們不這樣做，他們就必須選擇一個(gè)方向，然后朝那邊滾，直到最后到達(dá)終點(diǎn)。

 

　　基本上，這些塊使用它們彼此連接的配置來引導(dǎo)它們選擇移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，90%的m塊成功地進(jìn)入一條直線。該團(tuán)隊(duì)指出，構(gòu)建電子產(chǎn)品是非常具有挑戰(zhàn)性的，特別是當(dāng)試圖將復(fù)雜的硬件安裝在如此小的封裝中時(shí)。為了使m-block蜂群成為一個(gè)更大的現(xiàn)實(shí)，該團(tuán)隊(duì)希望越來越多的機(jī)器人能夠制造出更大的蜂群，具有更強(qiáng)的各種結(jié)構(gòu)的能力。

 

　　之前，為了彌補(bǔ)其靜態(tài)不穩(wěn)定性，研究人員的機(jī)器人依靠一些巧妙的工程技術(shù)。在立方體的每個(gè)邊緣上有兩個(gè)圓柱狀的磁鐵，像like面杖一樣安裝。當(dāng)兩個(gè)立方體相互靠近時(shí)，磁體自然旋轉(zhuǎn)，因此北極與南方對(duì)齊，反之亦然。因此，任何立方體的任何面都可以附著到其他任何表面上。

 

　　立方體的邊緣也有斜角，因此當(dāng)兩個(gè)立方體面對(duì)面時(shí)，它們的磁體之間會(huì)有微小的間隙。當(dāng)一個(gè)立方體開始在另一個(gè)立方體上翻轉(zhuǎn)時(shí)，斜角和磁鐵便會(huì)接觸。立方體之間的連接變得更牢固，從而固定了樞軸。在一個(gè)立方體的每個(gè)面上，還有四對(duì)對(duì)稱對(duì)稱排列的較小的磁體，當(dāng)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的立方體降落在另一個(gè)立方體的頂部時(shí)，它們有助于將其固定到位。

 

　　與任何模塊化機(jī)器人系統(tǒng)一樣，人們希望模塊可以小型化：大多數(shù)此類研究的最終目標(biāo)是成群結(jié)隊(duì)地組裝可自我組裝的微型機(jī)器人，例如電影《終結(jié)者II》中的“液態(tài)鋼”機(jī)器人。 ” 多維數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性使其有望實(shí)現(xiàn)小型化。

 

　　但是研究人員認(rèn)為，即使在當(dāng)前規(guī)模的系統(tǒng)上，更完善的系統(tǒng)版本也可能會(huì)有用。在緊急情況下，移動(dòng)式立方體軍隊(duì)可以臨時(shí)修復(fù)橋梁或建筑物，或者為建筑項(xiàng)目舉起并重新配置腳手架。他們可以根據(jù)需要組裝成不同類型的家具或重型設(shè)備。他們可能會(huì)涌入對(duì)人類不利或無法訪問的環(huán)境，診斷問題，并重新組織自身以提供解決方案。

 

　　研究人員還認(rèn)為，在移動(dòng)立方體中可以是專用立方體，其中包含照相機(jī)，照明燈，電池組或其他設(shè)備，這些立方體可以運(yùn)輸。吉爾平說：“在絕大多數(shù)其他模塊化系統(tǒng)中，一個(gè)單獨(dú)的模塊不能自行移動(dòng)。” “如果您一路丟掉其中之一，或者出了點(diǎn)問題，它可以重新加入該組，沒問題。”

 

　　利普森補(bǔ)充說：“他們所做的非常有趣的是，他們表現(xiàn)出幾種運(yùn)動(dòng)方式。” “不僅是一個(gè)立方體在旋轉(zhuǎn)，而且多個(gè)立方體一起工作，多個(gè)立方體在移動(dòng)其他立方體。許多其他的運(yùn)動(dòng)方式確實(shí)為許多應(yīng)用打開了大門，這超出了人們通常在談?wù)撟晕視r(shí)所考慮的范圍。他們很少考慮零件拖拽其他零件，這種協(xié)作團(tuán)體行為。”

 

　　在正在進(jìn)行的工作中，麻省理工學(xué)院的研究人員正在建立一支由100個(gè)立方體組成的軍隊(duì)，每個(gè)立方體都可以朝任何方向移動(dòng)，并設(shè)計(jì)算法來指導(dǎo)它們。研究人員Romanishin說。“我們希望數(shù)百個(gè)隨機(jī)散落在地板上的立方體能夠相互識(shí)別，合并，并根據(jù)需要自動(dòng)轉(zhuǎn)換為椅子，梯子或書桌，”