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前沿 | 「变形金刚」面世：MIT推出微型可变形态机器人

百家作者：机器之心 2017-09-28 07:27:26

机器之心编译

参与：李泽南

MIT 的研究人员表示，这种可变形态的机器人可以适应严酷的环境，如灾难现场和外太空，或许在不远的未来，我们就可以对机器人发出这样的指令了：「汽车人，变形出发！」

一种被称为「Primer」的立方体形状机器人可以通过磁力的控制完成行走、滚动或滑行等动作。它可以通过加载多个不同种类的外骨骼来完成这些动作，在被加热时，机器人的塑料外壳会发生特定的形变。

从伸展翅膀的蝴蝶到缩进贝壳中的螃蟹，在自然界中很多动物都具有为了生存改变自己外观性泰的能力。虽然人类在生长过程中不会经历这种情况，但科学家们经常会试着再现它——特别是在机器人上。

虽然在《变形金刚》系列电影中，我们已经感受到了变形机器人的力量，但是今天的机器人仍是非常不灵活的——它们的每个组件都有着固定的形状，而且只有固定的几种作用，这限制了机器人执行多种任务的能力。

麻省理工学院（MIT）计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的研究人员正在改变这一现状，他们正在开发一种「变形金刚」式的机器人：可以通过改变自己的外形来完成不同的任务。

这种被称为「Primer」的立方体形状机器人可以通过磁力的控制完成行走、滚动或滑行等动作。它可以通过加载多个不同种类的外骨骼来完成这些动作，在被加热时，机器人的塑料外壳会发生特定的形变。在 Primer 完成任务后，它可以通过将浸入水中的方式摆脱掉自己的「皮肤」——水可以溶解掉它的外骨骼。

「如果我们想要让机器人在现实世界中帮助人类，使用大量只能执行特定任务的机器人会让效率变得很低，」Daniela Rus 说道，她是 Primer 项目的导师，MIT 电气工程与计算机科学系教授。「通过这种变形的方式，我们可以大大扩展机器人的可用性，让它适应多种不同工作环境。」

Primer 的多种形态可以为它带来一系列优点。例如「轮形态」可以让它快速移动，两倍快于「腿形态」；而「船形态」可以漂浮于水上，并搭载自身两倍重量的物体；「滑翔形态」可以在空中停留更长时间，这或许可以帮助机器人部署到指定位置。

Primer 也可以加装很多附加组件，就像俄罗斯套娃一样。它可以外接一种外骨骼，成为「行走机器人」，还可以外接一个更大的外骨骼组件以携带更多物体，同时每秒钟移动两倍身长的距离。如果需要安装第二个外骨骼，「行走机器人」需要转换成为平板，随后收回原有的四个机械臂。

「想象一下未来的太空探索，我们可以发送一台机器人和一些外骨骼设备到火星，」研究论文的共同作者，MIT 博士后 Shuguang Li 说道，「机器人可以通过选择不同的组件来完成不同的任务。」

这项研究由 Daniela Rus 和 Shuhei Miyashita 共同领导，后者曾在 CSAIL 攻读博士后，目前已经成为约克大学微机器人组的负责人。论文的其他共同作者包括 Shuguang Li 和 Steven Guitron。这项研究已发表在最新一期的《Science Robotics》上了。

机器人变形

Primer 整合了 Rus 团队此前研究的多种技术，其中包括可让机器人变形的磁性控制块，以及可以精确控制外形的塑料微机器人外形。虽然可以改变外形适应多种环境的大型机器人已经出现，但在几厘米的尺度上进行这种程度的改变此前仍然无法实现。

「该研究在此前的基础上更进一步，现在他们已经可以让机器人实现五种不同形态了，」多伦多大学助理教授，微机器人专家 Eric Diller 表示。「此前的研究只能让机器人实现两种形态——比如打开和关闭形态。」

在研究中，该团队指出了很多机器人的潜在应用方向。例如，一些设备需要跨物流路线运输。具有多功能外骨骼的机器人可以完成这样的任务，顺利运送物体。「我们的方法展示了可变形机器人具有高度可用性和可复用性，」Rus 表示。

这种机器人的外骨骼仅需要几个小时的设计，它可以在几秒钟内展开成型——这或许也为未来的机器人快速制造提供了启发。

「我可以设想这样的设备被用在『微型工厂』里，一台微机器人可以使用预制组件和工具完成多种任务，」Diller 说道。

下一步，该团队计划为机器人增加更多功能，从快速通过水域和沙丘到形成伪装色。Guitron 展望了未来开源机器人社区上通过分享 3D 打印组件设计而逐渐繁荣的景象。「我可以想象有一天，人们可以自定义机器人的手臂和各种组件，」Rus 说道，「如果可以进行模块化升级，我们为什么要整个替换呢？」

论文：《Robotic metamorphosis by origami exoskeletons》

链接：http://robotics.sciencemag.org/content/2/10/eaao4369

摘要：通过改变机器人物理形态来实现多种功能一直是工程师们的长期研究目标。然而，这个任务非常具有挑战性，因为目前机器人组件的功能都非常单一。目前，可以自我重构的机器人具有很多限制，因为其单元模块体积巨大，同时控制方法复杂，非常依赖于机载电子设备。我们提出了一种通过自我折叠「外骨骼」来实现可变形态机器人的方法。我们展示了这种以方块为初始形态的「机器人」是如何通过远程磁场控制和移动的，同时它也可以使用不同的外骨骼组件。通过加热，每种外骨骼都可以自行由平板形式打开，扩展机器人的功能——如让机器人在地面、水上甚至天空中移动。通过水，外骨骼可以被轻松拆除，同时可以进行组件互换。所以，该系统形成了端到端的循环。此外，我们还提出了外骨骼变形机器人的几个机器人和外骨骼设计、设备和实验。