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新智(zhi)元(yuan)報(bao)道(dao)

編(bian)輯(ji)：Cris 好(hao)困(kun)

【新智元導(dao)讀(du)】科(ke)幻(huan)成真(zhen)！《超(chao)能陸(lu)戰(zhan)隊(dui)》裏(li)能自我复制的微(wei)型(xing)机器人，被(bei)MIT造出(chu)來(lai)了(le)？

現(xian)在(zai)的机器人，能力(li)究(jiu)竟(jing)有(you)多(duo)離(li)譜(pu)？

實(shi)在難(nan)以(yi)想(xiang)象(xiang)，就(jiu)連(lian)造飞机、造火箭都成了小(xiao)case，它(ta)們(men)甚(shen)至(zhi)還(hai)能自己造自己！真是(shi)出息(xi)了。

近(jin)日(ri)，麻(ma)省(sheng)理(li)工(gong)研(yan)究人員(yuan)的壹(yi)篇(pian)論(lun)文(wen)被發(fa)表(biao)在了《自然(ran)通(tong)訊(xun)工程(cheng)》雜(za)誌(zhi)上(shang)。

該(gai)文由(you)比(bi)特(te)與(yu)原(yuan)子(zi)中(zhong)心(xin)（CBA）博(bo)士(shi)生(sheng)Amira Abdel-Rahman、教(jiao)授(shou)兼(jian)CBA主(zhu)任(ren)Neil Gershenfeld以及(ji)其(qi)他(ta)三(san)人聯(lian)合(he)发表，他们在創(chuang)造机器人方(fang)面(mian)取(qu)得(de)了重(zhong)大(da)成果。

據(ju)了解(jie)，由Gershenfeld課(ke)題(ti)組(zu)最新研制的机器人，可(ke)以以快(kuai)速(su)、有效(xiao)地(di)组裝(zhuang)幾(ji)乎(hu)任何(he)東(dong)西(xi)，包(bao)括(kuo)比自己大得多的物(wu)體(ti)，从車(che)輛(liang)到建(jian)築(zhu)物再(zai)到更(geng)大的机器人等(deng)。

该團(tuan)队已(yi)經(jing)表明(ming)，無(wu)论是组装机器人还是正(zheng)在建造的結(jie)構(gou)部(bu)件(jian)都可以由相(xiang)同(tong)的子單(dan)元组成，而(er)且(qie)机器人可以大量(liang)獨(du)立(li)移(yi)動(dong)，快速完(wan)成大規(gui)模(mo)组装。

基(ji)於(yu)相同结构的標(biao)準(zhun)化(hua)設(she)計(ji)，这也(ye)意(yi)味(wei)著(zhe)这款机器人可以「毫(hao)不(bu)費(fei)力」地组装一款新的自己。

「构建自我复制系(xi)統(tong)不僅(jin)是科學(xue)屆(jie)的经典(dian)挑(tiao)战，甚至是科幻文学中的经典挑战，」德(de)國(guo)布(bu)倫(lun)瑞(rui)克(ke)技(ji)術(shu)大学计算(suan)机科学系的算法(fa)学教授Sandor Fekete表示(shi)，「迄(qi)今(jin)為(wei)止(zhi)，只(zhi)有大自然真正实现了这一點(dian)。因(yin)此(ci)他们的工作(zuo)是十(shi)分(fen)振(zhen)奮(fen)人心的！」

小体素(su)的「大夢(meng)想」

体素是一種(zhong)十分微小的子单元，相當(dang)于二(er)維(wei)像(xiang)素的体積(ji)元件。与以往(wang)的实驗(yan)一樣(yang)，新系统涉(she)及到由体素陣(zhen)列(lie)构建的大型可用(yong)结构。

不過(guo)与早(zao)期(qi)机械(xie)结构的体素不同，Gershenfeld课题组所(suo)用的体素更加(jia)「复杂」，可以从一個(ge)单元攜(xie)帶(dai)電(dian)源(yuan)和(he)數(shu)据到下(xia)一个单元。

这使(shi)建造的结构不仅可以承(cheng)受(shou)負(fu)荷(he)，而且可以進(jin)行(xing)提(ti)升(sheng)、移动和操(cao)縱(zong)材(cai)料(liao)等工作——甚至包括体素本(ben)身(shen)。

Gershenfeld介(jie)紹(shao)說(shuo)，早期版(ban)本的组装机器人是由一捆(kun)捆的电線(xian)连接(jie)到它们的电源和控(kong)制系统，但(dan)「我们为这些(xie)结构建立起(qi)『智能系统』，使体素们能夠(gou)傳(chuan)輸(shu)动力、数据和力量，並(bing)不用考(kao)慮(lv)电线的影(ying)響(xiang)。」

机器人本身由一串(chuan)端(duan)對(dui)端连接的几个体素组成。这些体素可以利(li)用一端的连接点抓(zhua)住(zhu)另(ling)一个体素，然後(hou)像蠕(ru)蟲(chong)一样移动到所需(xu)位(wei)置(zhi)，连接到生長(chang)的结构上并在那(na)里予(yu)以釋(shi)放(fang)。

机器人路(lu)徑(jing)優(you)化算法，全(quan)球(qiu)首(shou)创

Gershenfeld解释说，雖(sui)然他的小组成员展(zhan)示的早期系统原則(ze)上可以建造任意大的结构，但当这些结构的大小与装配(pei)机器人的大小達(da)到一定(ding)程度(du)時(shi)，这个过程將(jiang)變(bian)得越(yue)来越沒(mei)有效率(lv)，「因为每(mei)个机器人必(bi)須(xu)走(zou)更长的路径，才(cai)能将部件带到目(mu)的地。」

而采(cai)用他们 最新研制的系统后，机器人可以決(jue)定是否(fou)建造一个更大的版本，可以达到更遠(yuan)的距(ju)离，并減(jian)少(shao)「通勤(qin)」时間(jian)。

建造一个更大的结构可能需要(yao)另一个这样的步(bu)驟(zhou)。由新的、更大的机器人创造出更大的机器人，而建造精(jing)細(xi)细節(jie)的结构可能需要更多最小的机器人幫(bang)助(zhu)。

Abdel-Rahman表示，当这些机器人设備(bei)致(zhi)力于组装东西时，它们在沿(yan)途(tu)的每一步都面臨(lin)選(xuan)擇(ze)。

「它可以建造一个结构，也可以建造另一个相同大小的机器人，还可以建造一个更大的机器人。」

「我们则一直(zhi)致力于为这部分工作创建决策(ce)优化算法。」

「例(li)如(ru)，如果妳(ni)想建造一个圓(yuan)錐(zhui)体或(huo)半(ban)球形(xing)，」她(ta)说，「你如何開(kai)始(shi)路径规劃(hua)，以及你如何将这个形狀(zhuang)分为不同的區(qu)域(yu)，讓(rang)不同的机器人可以工作？」

而她们开发的軟(ruan)件允(yun)許(xu)某(mou)人输入(ru)一个形状，并得到一个输出，基于需要穿(chuan)越的距离顯(xian)示在哪(na)里放置第(di)一个塊(kuai)，以及之(zhi)后的每一块。

Gershenfeld表示，虽然已经有成千(qian)上萬(wan)篇關(guan)于机器人路线规划的论文发表，「但之后的步骤，即(ji)当机器人必须做(zuo)决定时，建立另一个机器人或不同种類(lei)的机器人，这是全新的工作，并没有先(xian)例可供(gong)參(can)考。」

研究局(ju)限(xian)性(xing)

虽然实验系统可以进行组装，并包括电源和数据鏈(lian)接，但在目前(qian)的版本中，微小的子单元之间的连接器 仍(reng)然不够堅(jian)固(gu)，无法承受必要的负載(zai)。该团队的研究生Miana Smith，正致力于开发更強(qiang)大的连接器。

Gershenfeld说：「这些机器人可以行走，可以放置零(ling)件，但是我们还没有达到这样的地步：一个机器人制造另一个机器人，然后它就走了。」

「想要将这种情(qing)況(kuang)变为现实，还需要一些新興(xing)技术的支(zhi)持(chi)，例如執(zhi)行器的力量和关节的强度等。」

MIT计算机科学家(jia)Neil Gershenfeld

Gershenfeld还表示，一个完全自主的自我复制机器人组装系统，既(ji)能组装更大的结构，包括更大的机器人，又(you)能规划最佳(jia)的施(shi)工順(shun)序(xu)——这可能还需要几年(nian)时间。

但这項(xiang)工作已经朝(chao)着这个目标邁(mai)出了重要的一步，包括解决何时建造更多的机器人、制造多大的机器人的复杂任務(wu)，以及如何组織(zhi)不同大小的机器人来有序地建造一个结构。

从飞机到火箭，新技术應(ying)用潛(qian)力巨(ju)大

该项成果应用潜力巨大，因为它很(hen)可能被用来建造各(ge)种大型、高(gao)價(jia)值(zhi)的结构。

例如，现在在制造飞机时首先需要一个巨大的工廠(chang)，工厂甚至比他们建造的部件大得多，另外(wai)还可能经常(chang)需要其他飞机来運(yun)送(song)制造飞机所需要的原材料。

而有了这样一个由微型机器人组装的微小部件系统，「飞机的最終(zhong)组装将成为唯(wei)一的组装过程」，Gershenfeld表示。

同样，在生產(chan)汽(qi)车时，当第一辆车被真正制造出来前，「你可能會(hui)花(hua)一年时间来制造配套(tao)工具(ju)」，他说，然而新系统的出现显然将繞(rao)过这个过程。

这种潜在的效率是Gershenfeld和他的学生一直与汽车公(gong)司(si)、航(hang)空(kong)公司和航空航天(tian)局密(mi)切(qie)合作的原因。

即使是技术含(han)量相对較(jiao)低(di)的建筑業(ye)，也很可能在未(wei)来从这项技术中受益(yi)。

近些年，人们对3D打(da)印(yin)房(fang)屋(wu)的兴趣(qu)越来越大，但如今这些房屋需要的打印机器，与正在建造的房屋一样大或更大。使用这种微型机器人显然可以有效解决这个問(wen)题。

休(xiu)斯(si)頓(dun)大学电氣(qi)和计算机工程系副(fu)教授Aaron Becker对这项工作給(gei)予了最高规格(ge)的評(ping)价，并将其稱(cheng)为「本壘(lei)打」：

「他们创造了一个创新的硬(ying)件系统，一个思(si)考擴(kuo)展机器人群(qun)的新方法，以及一套嚴(yan)格的算法。」

「这篇论文研究了可重构系统的一个关鍵(jian)領(ling)域：如何快速扩大机器人勞(lao)动力的规模，并利用它来有效地将材料组装成所需的结构。」

「这是我第一次(ci)看(kan)到这样的工作！」

参考資(zi)料：

https://news.mit.edu/2022/assembler-robots-structures-voxels-1122

https://www.foxbusiness.com/technology/mit-researchers-creating-self-replicating-robots-intelligence返(fan)回(hui)搜(sou)狐(hu)，查(zha)看更多

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