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可自我组装、修复的机器人或成真,“汽车人”离我们越来越近?

木马童年 2020-4-15 22:24 232 0

文|硅谷洞察 Frank Chen编辑|SVinsight还记得《变形金刚3》上映时,当汽车人在高速行进中变形,并与霸天虎展开激烈的战斗时,小探内心的激动难以掩盖。有朝一日,在现实生活中,我们是否也能有一辆酷炫的“大黄蜂” ...

文|硅谷洞察 Frank Chen

编辑|SVinsight

还记得《变形金刚3》上映时,当汽车人在高速行进中变形,并与霸天虎展开激烈的战斗时,小探内心的激动难以掩盖。有朝一日,在现实生活中,我们是否也能有一辆酷炫的“大黄蜂”,可以根据需要随时“变形”?

十年过去了,变形金刚虽然没有从天而降,但是随着自我配置型机器人的诞生和发展,我们离“汽车人,变形出发!”的时代已经越来越近。

近日,美国的咨询机构今日未来研究所(Future Today Institute)发布了最新的《2020年科技趋势报告》,其中提到了自我配置型机器人(Self-Assembling Robots)的概念。

这是新一代的可以自我组装、合并、拆分和修复的机器人,目前受到了各大知名院校、研究机构与企业的广泛关注,拥有广阔的应用场景。我们是否可以马上迎来了“变形金刚”的时代了呢?就让小探带你一探究竟!

自我配置型的机器人拥有十分广泛的应用场景。比如在长期的太空任务中,由于未知的宇宙环境,太空任务的执行在数量和质量上都受到很大限制,因此拥有固定配置系统的机器人在面对突发的事件时往往不具备处理的能力。

但是,自我配置型的机器人可以长期自我维持,在应对不可预见的情况时往往可以通过自我重新组合可以完成许多任务,并进行自我修复,从而大大突破了限制,降低了风险。

与外太空的场景类似的是施工现场或者火灾现场。例如,当施工面临危险或在火灾现场唯一的救生楼梯受火势影响时,自我配置型机器人可以在现场自动形成桥梁或者楼梯成为施工人员和逃生人员的紧急救生通道。

除了作为基础设施的维护者和紧急事故的帮手外,自我配置型机器人还可以在消费市场上大量应用。在未来,消费者可以在车库、地下室或阁楼中拥有一系列可自我重新配置的模块。当需要时,消费者可召集机器人来完成诸如“清理水槽”或“更换汽车内的机油”之类的任务,而机器人可以变成所需的形状并执行任务。

针对这些应用场景,在美国和中国,已经有很多公司与研究机构正在通过长期的研发慢慢将其变成现实。

2019年,NASA向一个名叫Made in Space的 创业公司投资了7370万美元用于合作开发和发射自动太空机器人。该机器人名为“阿奇诺特一号”(Archinaut One),可以在轨道上把自身以及其他太空设备的原件通过3D打印的形式制作出来。

该计划的第一阶段为地面演示,于2016年开始,旨在消除风险并确保正常运营,第二阶段已于2019年7月开始,NASA和“Made in Space”将开发并计划于2022年发射Archinaut One的测试版本,并让其在太空中独立运行。到达太空舱后,该太空船将3D打印两个10米长的支持柱,并展开两个太阳能电池阵列,它们产生的功率可能是尺寸相近的太空飞船上传统太阳能电池板的五倍之多。

可自我组装、修复的机器人或成真,“汽车人”离我们越来越近?

Made in Space的团队目前已经在国际空间站上部署了3D打印机,可以指导Archinaut One进行各种制造和组装操作。Archinaut One将能够在轨道上建造自己的扩展太阳能电池板和天线,辐射器和偏转器等装置。

Made in Space的CEO Andrew Rush 表示, 这项技术可以让人们即使在远离地球的地方也能进行可持续地生活和工作,并可以为卫星甚至未来的人类栖息地提供创新的工具和解决方案。

如果成功的话,这项技术将改变太空探索的规则。因为太空旅行的最重大限制之一是人们登上航天器时所能携带的东西。而太空3D打印可以让公司和政府在太空轨道上自动建造复杂的结构,并减少宇航员太空行走以进行维修的风险。

一群可以互动的机器人有完成复杂任务的巨大潜力。但让机器人拥有真正的协调意识是一个巨大的挑战。

为了改变这种情况,麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的一个团队设计了一套自组装机器立方体,它们可以相互上下攀爬,在空中跳跃并在地面上滚动。经过6年的研究与迭代,由16个模块组成的机器人现在可以在模块的每个面上使用类似条形码的系统彼此识别和“通信”,并完成简单的任务或行为,例如形成一条直线、跟随箭头或跟踪灯光等等。

可自我组装、修复的机器人或成真,“汽车人”离我们越来越近?

每个模块化“ M块”内部都有一个飞轮,该飞轮以每分钟2万转的速度运动,并利用角动量制动飞轮。同时,在每个边缘和每个面上都有永久磁铁,可让任何两个立方体相互连接。

该团队设想在灾难响应中应用这个机器人。想象一下一座燃烧的建筑物,消防员无法接近受火势影响的楼梯,但他们可以将M块简单地扔在地上,看着它们变成临时楼梯,以爬上屋顶或下到地下室以营救受害者。

除了检查和救援之外,研究人员还设想将这些模块用于游戏,制造和医疗保健等领域。

当机器人拥有了控制自身的协调性,如何可以通过改变自己适应不断变化的环境呢?来自宾夕法尼亚大学和康奈尔大学的研究人员在致力于解决这个问题。

他们所研发的机器人叫做SMORES-EP,由任意数量的立方体组成, 使用磁体以不同的方式相互依附。每个立方体都是一个小机器人,均对计划(通过其软件)和执行(通过其硬件)做出同等贡献。

小机器人每一侧都有轮子,可以使它们沿任何方向移动,并且可以通过将其末端的磁体转换成短距离无线电装置来相互通信。每个模块都配备有四个连接器,这意味着其中两个机器人可以17种不同的配置进行连接。这样一来,这些立方体就可以组成一个更大,更复杂的机器人。

为了从一种形式转换为另一种形式,这些机器人需要制定一个行动计划,以从当前的位置转移到新位置。例如,要从步行机器人转换为带手臂机器人,则需要以特定方式对接和分离。

研究人员计算出了机器人从初始状态重新配置为目标状态的最有效方法。比如一些配置方法需要模块互相帮助,一个模块充当“帮助器”,该模块将另一个模块移动到位,以便它可以停靠在新位置。同时,研究人员将一个小型桅杆上的网络摄像头连接到了机器人的一个模块上,使其可以看到自己,并可以通过中央处理器来控制所有连接的模块。

此类模块化机器人的优势在于,它比标准机器人更具灵活性和适应性,这意味着它们可以自我修复并应对未知的环境。在应用层面,它们可能被应用于太空任务和灾难应对,或被提供给残疾人作为义肢。

在2020年的CES大会上,一家来自中国的科技公司在拉斯维加斯的展会上向大家展示了量产的变形机器人。这家名为“乐森机器人”(Robosen)的公司成立于2008年,为全球消费机器人厂商提供技术解决方案和ODM等业务。该公司于2019年初发布了新品牌“乐森(Robosen)”,并推出了第一款自主品牌的变形机器人产品:T9。

可自我组装、修复的机器人或成真,“汽车人”离我们越来越近?

而与NASA和美国的教育机构的研究重点不同,乐森生产的机器人是一款消费型的机器人,但同时相比于其他的机器人又有较高的技术门槛,其包含22个关节自由度,搭载讯飞AI语音技术,结合运动、语音、视觉,兼具语音交互、游戏娱乐和教育编程的功能。

在娱乐方面,T9支持AR游戏模式,支持多种控制模式(声控+APP),配合可自主编辑的一百多万种动作程序,有很高的可玩性。在教育上方面,T9支持人车双形态切换,支持三种编程(3D,Scratch,手动)模式,用图形化的界面,让孩子能够快速上手进行编程。

尽管可组装机器人的研究与生产取得了巨大的突破,但想实现大黄蜂伴我们左右的理想时代,依旧有很多挑战。

首先,在设计方面,每一种设计主要集中在局部考虑的因素上,比如有些设计具有灵活的外形,有些易于对接以及管理电源等等。然而,因为要考虑的因素过多,因此在学界和业界尚未提出最佳的通用模块设计可以考虑到所有的因素。

其次,在规划和控制方面,尽管已经研究出了几百万个单元的算法,但是在现实场景下往往是单元与单元环环相扣,因此缺乏伸缩度较大的算法克服现实场景的限制。

除了技术层面的挑战之外,学界和业界普遍认为可自我变形的机器人的商业应用场景尚需探索。不过,随着人工智能在各个国家逐步受到重视,将会有越来越多的公司与大学参与到新一代机器人的开发与生产之中,相信人与机器人共舞的时代终将会来临!

机器人 应用场景 基础设施 3D打印 解决方案 计算机科学
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