「變形金剛」面世：MIT推出微型可變形態機器人

機器之心編譯

參與：李澤南

MIT 的研究人員表示，這種可變形態的機器人可以適應嚴酷的環境，如災難現場和外太空，或許在不遠的未來，我們就可以對機器人發出這樣的指令了：「汽車人，變形出發！」

一種被稱為「Primer」的立方體形狀機器人可以通過磁力的控制完成行走、滾動或滑行等動作。它可以通過載入多個不同種類的外骨骼來完成這些動作，在被加熱時，機器人的塑料外殼會發生特定的形變。

從伸展翅膀的蝴蝶到縮進貝殼中的螃蟹，在自然界中很多動物都具有為了生存改變自己外觀性泰的能力。雖然人類在生長過程中不會經歷這種情況，但科學家們經常會試著再現它——特別是在機器人上。

雖然在《變形金剛》系列電影中，我們已經感受到了變形機器人的力量，但是今天的機器人仍是非常不靈活的——它們的每個組件都有著固定的形狀，而且只有固定的幾種作用，這限制了機器人執行多種任務的能力。

麻省理工學院（MIT）計算機科學與人工智慧實驗室（CSAIL）的研究人員正在改變這一現狀，他們正在開發一種「變形金剛」式的機器人：可以通過改變自己的外形來完成不同的任務。

這種被稱為「Primer」的立方體形狀機器人可以通過磁力的控制完成行走、滾動或滑行等動作。它可以通過載入多個不同種類的外骨骼來完成這些動作，在被加熱時，機器人的塑料外殼會發生特定的形變。在 Primer 完成任務後，它可以通過將浸入水中的方式擺脫掉自己的「皮膚」——水可以溶解掉它的外骨骼。

「如果我們想要讓機器人在現實世界中幫助人類，使用大量只能執行特定任務的機器人會讓效率變得很低，」Daniela Rus 說道，她是 Primer 項目的導師，MIT 電氣工程與計算機科學系教授。「通過這種變形的方式，我們可以大大擴展機器人的可用性，讓它適應多種不同工作環境。」

Primer 的多種形態可以為它帶來一系列優點。例如「輪形態」可以讓它快速移動，兩倍快於「腿形態」；而「船形態」可以漂浮於水上，並搭載自身兩倍重量的物體；「滑翔形態」可以在空中停留更長時間，這或許可以幫助機器人部署到指定位置。

Primer 也可以加裝很多附加組件，就像俄羅斯套娃一樣。它可以外接一種外骨骼，成為「行走機器人」，還可以外接一個更大的外骨骼組件以攜帶更多物體，同時每秒鐘移動兩倍身長的距離。如果需要安裝第二個外骨骼，「行走機器人」需要轉換成為平板，隨後收回原有的四個機械臂。

「想像一下未來的太空探索，我們可以發送一台機器人和一些外骨骼設備到火星，」研究論文的共同作者，MIT 博士後 Shuguang Li 說道，「機器人可以通過選擇不同的組件來完成不同的任務。」

這項研究由 Daniela Rus 和 Shuhei Miyashita 共同領導，後者曾在 CSAIL 攻讀博士後，目前已經成為約克大學微機器人組的負責人。論文的其他共同作者包括 Shuguang Li 和 Steven Guitron。這項研究已發表在最新一期的《Science Robotics》上了。

機器人變形

Primer 整合了 Rus 團隊此前研究的多種技術，其中包括可讓機器人變形的磁性控制塊，以及可以精確控制外形的塑料微機器人外形。雖然可以改變外形適應多種環境的大型機器人已經出現，但在幾厘米的尺度上進行這種程度的改變此前仍然無法實現。

「該研究在此前的基礎上更進一步，現在他們已經可以讓機器人實現五種不同形態了，」多倫多大學助理教授，微機器人專家 Eric Diller 表示。「此前的研究只能讓機器人實現兩種形態——比如打開和關閉形態。」

在研究中，該團隊指出了很多機器人的潛在應用方向。例如，一些設備需要跨物流路線運輸。具有多功能外骨骼的機器人可以完成這樣的任務，順利運送物體。「我們的方法展示了可變形機器人具有高度可用性和可復用性，」Rus 表示。

這種機器人的外骨骼僅需要幾個小時的設計，它可以在幾秒鐘內展開成型——這或許也為未來的機器人快速製造提供了啟發。

「我可以設想這樣的設備被用在『微型工廠』里，一台微機器人可以使用預製組件和工具完成多種任務，」Diller 說道。

下一步，該團隊計劃為機器人增加更多功能，從快速通過水域和沙丘到形成偽裝色。Guitron 展望了未來開源機器人社區上通過分享 3D 列印組件設計而逐漸繁榮的景象。「我可以想像有一天，人們可以自定義機器人的手臂和各種組件，」Rus 說道，「如果可以進行模塊化升級，我們為什麼要整個替換呢？」

論文：《Robotic metamorphosis by origami exoskeletons》

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

摘要：通過改變機器人物理形態來實現多種功能一直是工程師們的長期研究目標。然而，這個任務非常具有挑戰性，因為目前機器人組件的功能都非常單一。目前，可以自我重構的機器人具有很多限制，因為其單元模塊體積巨大，同時控制方法複雜，非常依賴於機載電子設備。我們提出了一種通過自我摺疊「外骨骼」來實現可變形態機器人的方法。我們展示了這種以方塊為初始形態的「機器人」是如何通過遠程磁場控制和移動的，同時它也可以使用不同的外骨骼組件。通過加熱，每種外骨骼都可以自行由平板形式打開，擴展機器人的功能——如讓機器人在地面、水上甚至天空中移動。通過水，外骨骼可以被輕鬆拆除，同時可以進行組件互換。所以，該系統形成了端到端的循環。此外，我們還提出了外骨骼變形機器人的幾個機器人和外骨骼設計、設備和實驗。

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