M块机器人组队出没：旋转、跳跃、不停歇

常言道，团结就是力量。

这种话在机器人身上同样适用。成群的机器人可以完成复杂的任务。

例如不久前麻省理工学院的研究人员研发的小型组装机器BILL-E机器人，它们可以自行构建小零件，也可以协同工作以创建大零件，甚至可以将小零件集成大零件。

但是，让这些成群的机器人能够相互协调地工作，还是比较困难的。

对此，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的一个团队提出了一个令人惊讶的简单方案：自组装机器人M块立方体，它们可以相互上下攀爬，在空中跳跃并滚动地面。

该项目得到了美国国家科学基金会和亚马逊机器人公司的部分支持。

一个模块化机器人立方体可与其余M块卡入到位。图片来源：Jason Dorfman / MIT CSAIL

M块上的机器人有什么“魔力”

1、可以自主通信和相互识别

在项目的第一次迭代六年之后，这些机器人现在可以在M块的每个面上使用类似条形码的系统彼此“通信”，从而允许模块相互识别。现在，由16个街区组成的自治团队可以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。

每个模块化“ M块”内部都有一个飞轮，该飞轮以每分钟20,000转的速度运动，并在制动飞轮时利用角动量。永磁体在每个边缘和每个面上都可以使两个立方体相互连接。

2、可以自主跳跃、运动

麻省理工学院教授兼CSAIL主任Daniela Rus说：“ M代表运动，磁力和魔术。”

 “运动”，因为立方体可以通过跳跃而运动。

“磁力”，因为这些立方体可以使用磁体连接到其他立方体，一旦连接，它们就可以一起移动并连接到组装结构。

“魔术”，因为我们看不到任何活动部件，表面看上去立方体似乎是由魔术驱动的。”

3、便宜、坚固、可扩展

这种自组的机器人具有便宜、坚固、可扩展的特点。

该项目相关的新论文的第一作者CSAIL博士John Romanishin说，“M块机器人可以以一般方式移动。相比其他机器人系统具有复杂得多的运动机制，需要很多步骤，但是我们的系统具有更高的可扩展性，可以轻松扩展到一百万个模块。”

4、应用领域广泛

尽管无法像视频游戏《我的世界》中的立方体那样容易操作多维数据集，但该团队设想在检查以及最终的灾难响应中具有强大的应用程序。想象一下一座燃烧的建筑物，其中楼梯消失了。将来，您可以设想将M块简单地扔在地上，看着它们砌出临时楼梯，以爬上屋顶或下到地下室以营救受害者。

M块内部的机制非常复杂，而外部的机制恰恰相反，这使得连接更加牢固。

除了检查和救援外，研究人员还想象将块用于游戏，制造业和医疗保健等领域。

揭秘M块机器人的进化历程

早在2013年，该团队就建立了M块机制。他们创建了六面体立方体，这些立方体使用所谓的“惯力”来移动。

一般的机器人系统通常使用带有小型机械臂的单元模块来解决运动，这种机械臂称为外部致动器。这些系统即使是最简单的动作也需要大量的协调，对于一个跳跃或跳跃，需要编程多个命令。

麻省理工学院的研究人员认为，与其使用帮助连接结构的活动臂，不如让这些M块体内部有磁力，然后将它们“抛向”结构的侧面。这样M块就能够旋转和移动。

在通信方面，通常的机器人都会尝试使用红外光或无线电波，这样使它们很快就会变得笨拙，并容易导致通信场内的混乱。

当系统使用无线电信号进行通信时，当小体积的无线电设备很多时，信号可能会相互干扰。

因此，该项目的研究员将每个M块放置在六个面上的任何一个面上，这样都可以沿四个基本方向移动，从而导致24个不同的移动方向。如果没有小臂和附属物伸出木块，它们免受损坏和避免碰撞的可能性要容易得多。

知道团队已经解决了物理障碍后，仍然面临着严峻的挑战：如何使这些多维数据集进行通信并可靠地标识相邻模块的配置？

Romanishin提出了旨在帮助机器人完成简单任务或“行为”的算法，这使他们想到了类似于条形码的系统的思想，在该系统中，机器人可以感知自己所连接的其他模块的身份和面孔。

在一个实验中，团队让模块从随机结构变成一条直线，然后观察模块是否可以确定彼此连接的特定方式。如果不是，他们将不得不选择一个方向并以这种方式滚动，直到他们最终到达该行的尽头。

从本质上讲，这些块使用相互连接的配置来指导他们选择移动的动作– 90％的M块成功进入生产线。

该团队指出，构建电子设备非常具有挑战性，特别是在试图将复杂的硬件装入如此小的封装中时。为了使M块群更广泛，团队只希望用越来越多的机器人制造更大的群，并建有强大功能的各种结构。