米兰·(milan)中国官方网站-身形千变万化！MIT开发出太空探索神器——模块化自重构微型机器人
编译丨Ailleurs
编纂丨陈彩娴
假如你想将一多量呆板人送入太空，那末你面对两种选择：一是选择全尺寸的、形态各别的呆板人，二是选择微型模块化呆板人。显然，后者是更优选。如影戏《超能陆战队》(Big Hero 6)中年夜反派所利用的微型磁力呆板人就是一种模块化呆板人，它们于自组装及重构方面的能力尤有远景。
图注：影戏《超能陆战队》中的微型模块化呆板人（图源：cg99.CN）
30多年来，呆板人专家一直于寻求模块化的自重构呆板人这一愿景。这类呆板人于顺应性、可扩大性及鲁棒性方面具备显著上风，其运用范畴涵盖太空摸索、可重构情况、搜刮营救以和形变的用户界面。然而，只管人们大志勃勃地但愿实现快速、靠得住的部署，将模块化呆板人扩大到这些主要范畴，但迄今为止制造出来的模块化呆板人仍面对着可扩大性较差的巨年夜挑战。
年夜量体积重大、繁杂且昂贵的机械部件难免显患上拙笨，拦阻了其小型化及可扩大性的成长。特别是于太空摸索中，于轨道上制作物体颇具挑战性，极可能投入及产出不可正比。再者，宇航员于国际空间站的糊口情况很是狭小，不能不将空间站的家具像俄罗斯方块同样以最好朝向紧凑放置，是以小型化技能很是主要，它可以为宇航员提供更多的机动空间，也可降低火箭有用载荷成本。是以，咱们火急需要于数目上及尺寸上都更具可扩大性的架构。
近日，麻省理工学院计较机科学与人工智能试验室(CSAIL) 的一项研究使用电磁解决了可重构呆板人于造价及尺寸方面的问题。
研究团队从影戏《超能陆战队》中罗致部门灵感，创造了一种可以经由过程摆列组合组装成繁杂外形的立方体形呆板人。他们将小型、易在制造且价格低廉的电磁铁嵌入立方体的边沿，而非将粗笨昂贵的履行器塞进单个模块中。这些电磁体之间的彼此排斥及吸引作用，使患上呆板人可以或许相互扭转及挪动，并迅速转变外形。
这类立方体呆板人被定名为“ElectroVoxels”，单个边长约为 60 毫米，磁铁由用铜线包裹的铁氧体磁芯（它们看起来像玄色的小管子）构成。每一个立方体内部都有微型印刷电路板及电子器件，能将电流运送到准确标的目的的电磁铁上。建造一个立方体只需一个多小时，总成本仅为 60 美分。
传统搭钮需要于两个元件之间举行机械毗连，而ElectroVoxels与此差别，它是彻底无线的，不需要专门的物理机制，可以于任何电磁铁对于之间动态地形成，这使患上年夜型体系的维护及制造变患上越发轻易。
那末如许一堆模块是怎样交互的呢？为了更好地可视化，科学家们利用了一种软件计划器来对于重构这一历程举行可视化并计较底层的电磁分配。用户只需要点击几下，便可操作多达1000个立方体，或者者利用预界说的剧本来对于多个持续扭转举行编码。如许一种体系可让用户于合理规模内随心玩转模块，好比你可以转变其速率，突显磁铁，以和将须要的动作显示出来以免碰撞。你还有可以如魔术师一般变换模块的外形，让它们可以或许于某一时刻出现为一把椅子，随即又变为一张沙发。
图注：立方体从椅子重构为桌子、沙发
这些成本廉价的小模块特别合适微重力情况。由于于这类情况下，任何你想要发射到轨道上的布局都需要安装于发射火箭内。于气浮台长进行开端测试后，研究者举行了微重力飞行测试，借助更好的空间摸索东西如无推进剂重构或者转变航天器惯性特性，ElextroVoxels发明了真实的掉重状况。
无推进剂驱动的利益于在，咱们无需再为重构发射分外的燃料，从而解决了发射质量及体积方面的很多挑战。据此，咱们可以期待，这类可重构要领可以或许协助将来各类各样的太空摸索事情，好比于屡次发射中加强及替代空间布局，使用姑且布局来协助航天器查抄及航天员事情，以和应用将来迭代出的立方体作为自分拣存储容器。
欧洲航天局高级观点团队（ACT）卖力人Dario Izzo谈道：
“ElectroVoxels展示了怎样设计一个彻底可重构的体系，并给咱们科学界提出了一个需要解决的挑战，即怎样于太空轨道上拥有一个功效齐备的模块化呆板人体系。这项研究树模了电磁驱动的扭转立方体于制作、操作及维护方面的便捷性，实现了一个矫捷、模块化且可重构的体系，这于将来摸索使命中会给智能组件的设计带来灵感。”
就像匀称的俄罗斯方块同样，立方块要想挪动，就必需遵照一个序列。一个极化序列（polarization sequence）包罗三个步调：发射、挪动、捕获，每一个阶段都别离有一个行进的立法体（用在挪动）、一个出发点（行进的立方体举行发射之处）及一个目的地（捕捉行进的立方体）。该软件的用户可以指定哪个立方体于哪一标的目的长进行扭转，而算法会主动计较出所需的电磁分配的挨次及地址（排斥、吸引或者封闭）。于将来，模块化呆板人的运用场景将从太空转向地面。这将需要对于电磁铁举行更具体的建模及优化，以便于地球的重力情况中举行从头配置。ElectroVoxels 仍存有不足的地方，如卡内基梅隆年夜学呆板人研究所助理传授Zachary Manchester指出的（他没有介入这项研究），它于零重力情况以外会不起作用，只管 ElectroVoxels 已经经于抛物线飞行的测试中注解可以模仿微重力。但它们于地面上很难堆积充足的力举行盘旋。
研究团队但愿可以或许使立方体充足结实以抵挡地球引力，云云，这些呆板人将会减缓外太空的倒霉糊口前提，答应人们于地面上成立年夜范围、可重构的操作。该研究论文的重要作者、麻省理工学院的博士生Martin Nisser暗示：
“于制作年夜型繁杂布局时，你必定不但愿遭到组装职员的可用性及专业常识、运输东西的巨细或者组装园地的倒霉情况前提的限定。虽然相干正义于地球上是建立的，但于太空中制作工具时会变患上异样繁杂。假如你能用简朴的、同质的模块来组装布局，那末就能够消弭许多近似问题。是以，只管太空情况具备显著的潜于利益，但抵牾的是，微重力提供的有益动力使患上此中一些问题现实上也更易解决——于太空中，纵然是微小的力也能让让年夜的物体举行挪动。经由过程运用这项技能来解决太空中的短时间现实问题，咱们有望孵化出将来于地面上也可以使用的技能。”
ElectroVoxels 并不是一个单一用途的呆板人，小型的模块可以组合于一路，构建具备各类功效及类型的布局。体积虽小，却可于太空摸索方面阐扬相称年夜的作用。参考来历：
https://news.mit.edu/2022/robotic-cubes-electrovoxels-shapeshift-outer-space-0223
https://hcie.csail.mit.edu/research/Electrovoxel/electrovoxel.html
https://www.popsci.com/technology/selfspace-robot-cubes/
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