大數據文摘出品
編譯：徐玲、小七、牛婉楊
2013年，麻省理工學院的研究人員首次展示了其自組裝的“M-Block”立方體機器人。它們能夠相互攀爬，在空中跳躍，翻越地面，甚至還可以從金屬表面倒吊下來移動。
每個立方體內部都有一個飛輪，其轉速可以達到每分鐘20,000轉。飛輪制動時，它將角動量傳遞給立方體。在立方體的每個邊緣以及每個面上，都巧妙地佈置了永久磁鐵，該磁鐵允許任意兩個立方體相互連接。
相關報道：
http://news.mit.edu/2013/simple-scheme-for-self-assembling-robots-1004
立方體機器人的原型及內部構件：飛輪（動力來源）被拔出。
近期，他們研發出新一代M-blocks機器人，不僅可以旋轉、跳躍和翻轉，還能夠識別彼此。
把一些簡單的可以互動的小型機器人拼接起來去完成某些複雜任務是可能的，但是，讓這些機器人實現像蜂巢那般完美的協調，仍然是一個障礙。
為了改變這種狀況，麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室（MIT CSAIL）的一個團隊提出了一個非常簡單的方案：讓機器人通過攀爬、翻滾和跳躍來實現自我組裝。
六年後，機器人可以彼此“交流”了，在立方體塊的每個面上都有類似條形碼的系統，可以幫助模塊相互識別。現在，由16個立方體塊組成的團隊可以完成簡單的任務或行為，例如形成一條直線，跟著箭頭走或追尋燈光。
儘管這些立方體不像遊戲《我的世界》（一款以第一人稱視角的3D高自由度沙盒遊戲）中的立方體那樣容易操作，但該團隊設想了一個極端應用場景，即當這些立方體監測到災難發生後該如何應對。
想象一下，一座著火的建築，其中樓梯消失了。在未來，你可以想象將M-Blocks簡單地扔到地上，然後看著它們堆砌出一個能爬上屋頂，或者下到地下室去營救受害者的臨時樓梯。
Rus說，“M代表運動、磁力和魔力。運動是因為立方體可以通過跳躍來移動；磁力是因為這些立方體可以使用磁體連接到其他立方體，一旦連接，它們就可以成為組裝體一起移動；魔力是因為我們看不到任何活動的部件，而立方體似乎是由魔術驅動的。”
內部的機制雖然非常複雜，而外部的機制卻恰恰相反，這使得外部連接更加牢固。除了監控和救援之外，研究人員還設想將這些立方塊用於遊戲，製造和醫療保健等領域。
有關該系統新論文的第一作者John Romanishin表示，“我們這個方法的獨特之處在於它便宜、穩健，可以輕鬆擴展到一百萬個立方塊，且M-Blocks可以普通方式移動。其他機器人系統具有複雜得多的運動機制，需要很多步驟，但是我們的系統具有更高的可擴展性。”
Romanishin、MIT教授、CSAIL主任Daniela Rus以及密歇根大學的本科生John Mamish一起撰寫了這篇有關M-blocks的論文。他們在2019年澳門舉行的IEEE國際智能機器人與系統會議上介紹了此論文。
創新之處
以前組裝的機器人系統通常使用帶有小型機械臂的單元模塊來完成運動，這被稱為外部制動器。這些系統即使是完成最簡單的動作也需要大量命令的協調，例如一次簡單的跨越或跳躍都需要多個命令來協同完成。
在通信方面，有的學者嘗試讓機器人之間使用紅外光或無線電波進行通信，但很快就發現這種通信經常會失效，假設在一個小區域內有很多個機器人，並且它們都試圖互相發送信號，則相互之間就可能產生衝突和混亂。
當小體積的無線電設備很多時，使用無線電信號進行通信，信號就可能會相互干擾。
每個立方體塊放置在其他立方體塊六個面上的任何一個面上時，都可以沿四個基本方向移動，從而產生了24個不同的移動方向。因為立方體塊沒有伸出的小臂和附屬物，所以它們很容易避免遭受損壞或碰撞。
解決了物理障礙後，來關注關鍵的挑戰：我們如何使這些立方體塊進行通信，並可靠地識別相鄰立方體塊的配置？
Romanishin提出了一種算法來幫助機器人完成簡單的任務或“行為”，這讓他們想到了一個類似條形碼的系統，在這個系統中，機器人可以感知它們所連接的其他立方體塊的身份和麵孔。
在一個實驗中，研究小組讓這些立方體塊從一個隨機的形狀變成一條線，他們觀察這些立方體塊是否能確定它們相互連接的具體方式。如果它們不確定，它們就必須選擇一個方向，朝那個方向滾動，直到走到這條線的末端。
從本質上講，這些立方體塊使用了它們相互連接的配置來引導它們選擇移動的動作——90%的M-Blocks成功地加入了一條直線。
該團隊指出，構建電子設備非常具有挑戰性，尤其是在試圖將複雜的硬件安裝到如此小的一個立方體時。為了使M-Block集群更好地實現，該團隊希望未來越來越多的機器人能夠製造更大的集群，併為各種形狀提供更強的能力。
目前該項目已經得到了美國國家科學基金會(National Science Foundation)和亞馬遜機器人(Amazon Robotics)的部分支持。期待這些小“骰子”未來帶給我們新的驚喜。
閱讀更多 大數據文摘 的文章
