MIT这个能攀爬跳跃的机器人竟然做了这个

2011年，麻省理工学院的一位名叫约翰罗曼尼辛（JohnRomanishin）的学生向他的机器人学教授丹妮拉鲁斯（DanielaRus）提出了一种模块化机器人的新设计，她的老师说：那不可能。两年后，Rus向她的同事展示了康奈尔大学机器人研究员HodLipson的视频，该视频基于Romanishin的设计播放了原型机器人的视频。利普森说：那不可能。11月，Romanishin（现在是麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室（CSAIL）的研究科学家）和博士后KyleGilpin将一劳永逸地建立起来，他们将在会议上介绍他们的新型机器人的论文。机器人被称为M块，是没有外部活动部件的立方体。尽管如此，它们仍能够相互攀爬，在空中跳跃，翻越地面，甚至还可以从金属表面倒吊下来移动。每个M块内部都有一个飞轮，其转速可以达到每分钟20,000转。飞轮制动时，它将角动量传递给立方体。在M块的每个边缘以及每个面上，都巧妙地布置了永久磁铁，该磁铁允许任意两个立方体相互连接。电气工程与计算机科学教授，CSAIL主任Rus说：这是[模块化机器人]社区长期以来一直在尝试的事情之一。我们只需要一个有创造力的见识，以及一个有足够的热情去坚持下去的人尽管灰心丧气。在此之前，让一群群简单的、相互作用的机器人有潜力释放完成复杂任务能够实现，不过，要让这些机器人实现真正的蜂巢式协调思维，已被证明是一个障碍。为了改变这种状况，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的一个团队想出了一个令人惊讶的简单方案：自动组装的机器人立方体，可以在空中相互攀爬、跳跃和在地面上滚动。虽然立方体不能像电子游戏minecraft中的立方体那样容易操作，但该团队设想了在灾难响应和救灾方面的强大应用。想象一下，一座燃烧的大楼，楼梯消失了，在未来，你可能会简单地把M型块扔在地上，看着它们建造一个临时楼梯，用来爬上屋顶或下到地下室去营救遇难者。除了救灾，研究人员还设想将这些积木用于游戏、制造业和医疗保健等领域。正如Rus解释的那样，研究可重构机器人的研究人员长期以来一直使用一种称为滑动立方体模型的抽象。在此模型中，如果两个立方体面对面，则其中一个可以向上滑动另一个，而无需改变方向即可在其顶部滑动。滑动立方体模型简化了自组装算法的开发，但是实现自组装算法的机器人往往要复杂得多。例如，Rus的小组以前开发了一种名为Molecule的模块化机器人，该机器人由两个由一个成角度的杆连接的立方体组成，并具有18个独立的电机。罗斯说：当时我们为之感到骄傲。在项目第一次迭代六年后，机器人现在可以在块的每个面上使用类似条形码的系统相互通信，使模块能够相互识别。由16个块组成的自治舰队现在可以完成简单的任务或行为，例如形成一条直线、跟随箭头或跟踪灯光。麻省理工学院的教授兼CSAIL主任丹尼拉罗斯说：M代表运动、磁铁和魔法。运动，因为立方体可以跳跃移动。磁铁，因为立方体可以用磁铁连接到其他立方体，一旦连接起来，它们就可以一起移动，连接到组装结构上。像是魔法！因为我们看不到任何移动的部分，立方体似乎是由魔法驱动的。以前的模块化机器人系统通常使用带有小型机械臂（称为外部执行器）的单元模块来处理运动。即使是最简单的动作，这些系统也需要大量的协调，一次跳跃或跳跃需要多个命令。在通信方面，其他的尝试包括使用红外线或无线电波，这会很快变得笨重：如果你在一个小范围内有很多机器人，它们都试图互相发送信号，就会打开一个混乱的冲突和混乱通道。团队已经解决了物理障碍，关键的挑战仍然存在：如何使这些立方体通信并可靠地识别相邻模块的配置？Romanishin提出了一些算法，旨在帮助机器人完成简单的任务，或者说行为，这让他们产生了一个类似条形码的系统的想法，在这个系统中，机器人可以感知他们连接到的其他块的身份和面像。在一个实验中，研究小组让这些模块从一个随机结构变成一条直线，他们观察这些模块是否能够确定它们相互连接的具体方式。如果他们不这样做，他们就必须选择一个方向，然后朝那边滚，直到最后到达终点。基本上，这些块使用它们彼此连接的配置来引导它们选择移动的运动，90%的m块成功地进入一条直线。该团队指出，构建电子产品是非常具有挑战性的，特别是当试图将复杂的硬件安装在如此小的封装中时。为了使mblock蜂群成为一个更大的现实，该团队希望越来越多的机器人能够制造出更大的蜂群，具有更强的各种结构的能力。之前，为了弥补其静态不稳定性，研究人员的机器人依靠一些巧妙的工程技术。在立方体的每个边缘上有两个圆柱状的磁铁，像like面杖一样安装。当两个立方体相互靠近时，磁体自然旋转，因此北极与南方对齐，反之亦然。因此，任何立方体的任何面都可以附着到其他任何表面上。立方体的边缘也有斜角，因此当两个立方体面对面时，它们的磁体之间会有微小的间隙。当一个立方体开始在另一个立方体上翻转时，斜角和磁铁便会接触。立方体之间的连接变得更牢固，从而固定了枢轴。在一个立方体的每个面上，还有四对对称对称排列的较小的磁体，当一个运动的立方体降落在另一个立方体的顶部时，它们有助于将其固定到位。与任何模块化机器人系统一样，人们希望模块可以小型化：大多数此类研究的最终目标是成群结队地组装可自我组装的微型机器人，例如电影《终结者II》中的液态钢机器人。多维数据集设计的简单性使其有望实现小型化。但是研究人员认为，即使在当前规模的系统上，更完善的系统版本也可能会有用。在紧急情况下，移动式立方体军队可以临时修复桥梁或建筑物，或者为建筑项目举起并重新配置脚手架。他们可以根据需要组装成不同类型的家具或重型设备。他们可能会涌入对人类不利或无法访问的环境，诊断问题，并重新组织自身以提供解决方案。研究人员还认为，在移动立方体中可以是专用立方体，其中包含照相机，照明灯，电池组或其他设备，这些立方体可以运输。吉尔平说：在绝大多数其他模块化系统中，一个单独的模块不能自行移动。如果您一路丢掉其中之一，或者出了点问题，它可以重新加入该组，没问题。利普森补充说：他们所做的非常有趣的是，他们表现出几种运动方式。不仅是一个立方体在旋转，而且多个立方体一起工作，多个立方体在移动其他立方体。许多其他的运动方式确实为许多应用打开了大门，这超出了人们通常在谈论自我时所考虑的范围。他们很少考虑零件拖拽其他零件，这种协作团体行为。在正在进行的工作中，麻省理工学院的研究人员正在建立一支由100个立方体组成的军队，每个立方体都可以朝任何方向移动，并设计算法来指导它们。研究人员Romanishin说。我们希望数百个随机散落在地板上的立方体能够相互识别，合并，并根据需要自动转换为椅子，梯子或书桌，

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