麻省理工学院的自组装机器人设计简单

2011年，麻省理工学院(MIT)大四学生约翰·罗曼尼什(John Romanishin)向他的机器人学教授丹妮拉·罗斯(Daniela Rus)提出了一种模块化机器人的新设计，她说:“这是不可能的。”

两年后，罗斯向她的同事、康奈尔大学的机器人研究员Hod Lipson展示了一段基于Romanishin设计的机器人原型的视频。“这是不可能的，”利普森说。

11月,Romanishin——现在研究科学家在麻省理工学院的计算机科学与人工智能实验室(CSAIL) -罗斯,和博士后凯尔-吉尔宾一劳永逸地将建立,这是可以做到的,他们现在有一篇描述新机器人在IEEE / RSJ国际会议上智能机器人和系统。

这些机器人被称为m型积木，它们是没有外部活动部件的立方体。尽管如此，它们还是能够爬过对方，绕着对方转，在空中跳跃，在地面上翻滚，甚至在金属表面倒挂时移动。

每个M-Block内部都有一个飞轮，速度可达每分钟2万转;当飞轮被制动时，它将其角动量传递给立方体。在m型积木的每个边缘和每个面上，都巧妙地布置了永久磁铁，让任意两个立方体彼此相连。

电子工程和计算机科学教授、CSAIL主任罗斯说:“这是(模块化机器人)社区长期以来一直在努力做的事情之一。”“我们只需要一个有创造性的洞察力和一个有足够激情的人继续努力——尽管被打击了。”

体现抽象

罗斯解释说，研究可重构机器人的研究人员长期以来一直使用一种叫做滑动立方体模型的抽象概念。在这个模型中，如果两个立方体是面对面的，其中一个可以沿着另一个的侧面向上滑动，在不改变方向的情况下滑过它的顶部。

滑动立方体模型简化了自组装算法的开发，但实现这些算法的机器人往往是更为复杂的设备。例如，罗斯的团队之前开发了一种名为“分子”(Molecule)的模块化机器人，它由两个立方体组成，由一个有角度的杆连接，有18个独立的电机。罗斯说:“当时我们对此非常自豪。”

根据吉尔平的说法，现有的模块化机器人系统也是“静态稳定的”，这意味着“你可以在任何点暂停运动，它们会留在原地。”麻省理工学院的研究人员之所以能大幅简化机器人的设计，是因为他们放弃了静态稳定的原理。

吉尔平说:“在某个时间点上，立方体本质上是在空中飞行的。“当它着陆时，你要依靠磁铁将它对准。这是这个系统独有的东西。”

这也让罗斯对罗曼尼什的最初提议产生了怀疑。“我让他做一个原型，”罗斯说。“然后我说，‘好吧，也许我错了。’”

坚持着陆

为了补偿其静态不稳定性，研究人员的机器人依靠一些聪明的工程技术。立方体的每边都有两个圆柱形磁铁，像擀面杖一样安装在那里。当两个立方体相互靠近时，磁铁会自然旋转，因此北极与南极对齐，反之亦然。因此，任何立方体的任何面都可以连接到任何其他立方体的任何面。

立方体的边缘也有一个轻微的斜角，所以当两个立方体面对面时，它们的磁铁之间有一个轻微的间隙。当一个立方体开始在另一个立方体上翻转时，斜面和磁铁就会接触。立方体之间的连接变得更加牢固，锚定了枢轴。在一个立方体的每一面都有另外四对较小的磁铁，它们对称地排列，当移动的立方体落在另一个立方体上时，它们有助于将移动的立方体固定到合适的位置。

与任何模块化机器人系统一样，人们希望这些模块能够小型化:大多数此类研究的最终目标是让成群结队的微型机器人能够自我组装，就像电影《终结者2》(Terminator 2)中的“钢液”机器人一样。立方体设计的简便性使得小型化前景广阔。

但研究人员相信，即使在目前的规模下，他们的系统的更精细版本也会被证明是有用的。成群的移动立方体可以在紧急情况下临时修复桥梁或建筑物，或者为建筑项目升起和重新配置脚手架。它们可以根据需要组装成不同类型的家具或重型设备。它们可以蜂拥而至，进入对人类不利或难以接近的环境，诊断问题，并重新组织自己，提供解决方案。

力量的多样性

研究人员还设想，在移动立方体中可以有特殊用途的立方体，包含相机、灯、电池组或其他设备，移动立方体可以传输这些设备。“在绝大多数其他模块化系统中，单个模块不能自己移动，”吉尔平说。“如果你在途中掉了其中一个，或者出了什么问题，它可以重新加入这个群体，没有问题。”

在正在进行的工作中，麻省理工学院的研究人员正在构建一个由100个立方体组成的大军，每个立方体都可以向任何方向移动，并设计算法来指导它们。“我们想要数百个立方体，随机散落在地板上，能够相互识别、合并，并根据需要自动转换成椅子、梯子或桌子，”Romanishin说。

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