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M塊機器人組隊出沒:旋轉、跳躍、不停歇

時間:2019-11-01 來源:機器人在線 閱讀:510 原創


常言道,團結就是力量。


這種話在機器人身上同樣適用。成群的機器人可以完成復雜的任務。


例如不久前麻省理工學院的研究人員研發的小型組裝機器BILL-E機器人,它們可以自行構建小零件,也可以協同工作以創建大零件,甚至可以將小零件集成大零件。


但是,讓這些成群的機器人能夠相互協調地工作,還是比較困難的。


對此,麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室(CSAIL)的一個團隊提出了一個令人驚訝的簡單方案:自組裝機器人M塊立方體,它們可以相互上下攀爬,在空中跳躍并滾動地面。


該項目得到了美國國家科學基金會和亞馬遜機器人公司的部分支持。


一個模塊化機器人立方體可與其余M塊卡入到位。圖片來源:Jason Dorfman / MIT CSAIL


M塊上的機器人有什么“魔力”


1、可以自主通信和相互識別


在項目的第一次迭代六年之后,這些機器人現在可以在M塊的每個面上使用類似條形碼的系統彼此“通信”,從而允許模塊相互識別。現在,由16個街區組成的自治團隊可以完成簡單的任務或行為,例如形成一條直線,跟隨箭頭或跟蹤燈光。


每個模塊化“ M塊”內部都有一個飛輪,該飛輪以每分鐘20,000轉的速度運動,并在制動飛輪時利用角動量。永磁體在每個邊緣和每個面上都可以使兩個立方體相互連接。


2、可以自主跳躍、運動


麻省理工學院教授兼CSAIL主任Daniela Rus說:“ M代表運動,磁力和魔術。”


?“運動”,因為立方體可以通過跳躍而運動。


“磁力”,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,它們就可以一起移動并連接到組裝結構。


“魔術”,因為我們看不到任何活動部件,表面看上去立方體似乎是由魔術驅動的。”



3、便宜、堅固、可擴展


這種自組的機器人具有便宜、堅固、可擴展的特點。


該項目相關的新論文的第一作者CSAIL博士John Romanishin說,“M塊機器人可以以一般方式移動。相比其他機器人系統具有復雜得多的運動機制,需要很多步驟,但是我們的系統具有更高的可擴展性,可以輕松擴展到一百萬個模塊。”


4、應用領域廣泛


盡管無法像視頻游戲《我的世界》中的立方體那樣容易操作多維數據集,但該團隊設想在檢查以及最終的災難響應中具有強大的應用程序。想象一下一座燃燒的建筑物,其中樓梯消失了。將來,您可以設想將M塊簡單地扔在地上,看著它們砌出臨時樓梯,以爬上屋頂或下到地下室以營救受害者。


M塊內部的機制非常復雜,而外部的機制恰恰相反,這使得連接更加牢固。


除了檢查和救援外,研究人員還想象將塊用于游戲,制造業和醫療保健等領域。


揭秘M塊機器人的進化歷程


早在2013年,該團隊就建立了M塊機制。他們創建了六面體立方體,這些立方體使用所謂的“慣力”來移動。


一般的機器人系統通常使用帶有小型機械臂的單元模塊來解決運動,這種機械臂稱為外部致動器。這些系統即使是最簡單的動作也需要大量的協調,對于一個跳躍或跳躍,需要編程多個命令。


麻省理工學院的研究人員認為,與其使用幫助連接結構的活動臂,不如讓這些M塊體內部有磁力,然后將它們“拋向”結構的側面。這樣M塊就能夠旋轉和移動。


在通信方面,通常的機器人都會嘗試使用紅外光或無線電波,這樣使它們很快就會變得笨拙,并容易導致通信場內的混亂。


當系統使用無線電信號進行通信時,當小體積的無線電設備很多時,信號可能會相互干擾。


因此,該項目的研究員將每個M塊放置在六個面上的任何一個面上,這樣都可以沿四個基本方向移動,從而導致24個不同的移動方向。如果沒有小臂和附屬物伸出木塊,它們免受損壞和避免碰撞的可能性要容易得多。


知道團隊已經解決了物理障礙后,仍然面臨著嚴峻的挑戰:如何使這些多維數據集進行通信并可靠地標識相鄰模塊的配置?


Romanishin提出了旨在幫助機器人完成簡單任務或“行為”的算法,這使他們想到了類似于條形碼的系統的思想,在該系統中,機器人可以感知自己所連接的其他模塊的身份和面孔。


在一個實驗中,團隊讓模塊從隨機結構變成一條直線,然后觀察模塊是否可以確定彼此連接的特定方式。如果不是,他們將不得不選擇一個方向并以這種方式滾動,直到他們最終到達該行的盡頭。


從本質上講,這些塊使用相互連接的配置來指導他們選擇移動的動作– 90%的M塊成功進入生產線。


該團隊指出,構建電子設備非常具有挑戰性,特別是在試圖將復雜的硬件裝入如此小的封裝中時。為了使M塊群更廣泛,團隊只希望用越來越多的機器人制造更大的群,并建有強大功能的各種結構。


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