M-Blocks 2.0：“骰子”机器人可以旋转跳跃搭梯子和交流

大数据文摘出品

来源：CSAIL

编译：徐玲、小七、牛婉杨

2013年，麻省理工学院的研究人员首次展示了其自组装的“M-Block”立方体机器人。它们能够相互攀爬，在空中跳跃，翻越地面，甚至还可以从金属表面倒吊下来移动。

每个立方体内部都有一个飞轮，其转速可以达到每分钟20,000转。飞轮制动时，它将角动量传递给立方体。在立方体的每个边缘以及每个面上，都巧妙地布置了永久磁铁，该磁铁允许任意两个立方体相互连接。

相关报道：

http://news.mit.edu/2013/simple-scheme-for-self-assembling-robots-1004

立方体机器人的原型及内部构件：飞轮（动力来源）被拔出。

近期，他们研发出新一代M-blocks机器人，不仅可以旋转、跳跃和翻转，还能够识别彼此。

把一些简单的可以互动的小型机器人拼接起来去完成某些复杂任务是可能的，但是，让这些机器人实现像蜂巢那般完美的协调，仍然是一个障碍。

为了改变这种状况，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（MIT CSAIL）的一个团队提出了一个非常简单的方案：让机器人通过攀爬、翻滚和跳跃来实现自我组装。

六年后，机器人可以彼此“交流”了，在立方体块的每个面上都有类似条形码的系统，可以帮助模块相互识别。现在，由16个立方体块组成的团队可以完成简单的任务或行为，例如形成一条直线，跟着箭头走或追寻灯光。

尽管这些立方体不像游戏《我的世界》（一款以第一人称视角的3D高自由度沙盒游戏）中的立方体那样容易操作，但该团队设想了一个极端应用场景，即当这些立方体监测到灾难发生后该如何应对。

想象一下，一座着火的建筑，其中楼梯消失了。在未来，你可以想象将M-Blocks简单地扔到地上，然后看着它们堆砌出一个能爬上屋顶，或者下到地下室去营救受害者的临时楼梯。

Rus说，“M代表运动、磁力和魔力。运动是因为立方体可以通过跳跃来移动；磁力是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，它们就可以成为组装体一起移动；魔力是因为我们看不到任何活动的部件，而立方体似乎是由魔术驱动的。”

内部的机制虽然非常复杂，而外部的机制却恰恰相反，这使得外部连接更加牢固。除了监控和救援之外，研究人员还设想将这些立方块用于游戏，制造和医疗保健等领域。

有关该系统新论文的第一作者John Romanishin表示，“我们这个方法的独特之处在于它便宜、稳健，可以轻松扩展到一百万个立方块，且M-Blocks可以普通方式移动。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。”

Romanishin、MIT教授、CSAIL主任Daniela Rus以及密歇根大学的本科生John Mamish一起撰写了这篇有关M-blocks的论文。他们在2019年澳门举行的IEEE国际智能机器人与系统会议上介绍了此论文。

创新之处

以前组装的机器人系统通常使用带有小型机械臂的单元模块来完成运动，这被称为外部制动器。这些系统即使是完成最简单的动作也需要大量命令的协调，例如一次简单的跨越或跳跃都需要多个命令来协同完成。

在通信方面，有的学者尝试让机器人之间使用红外光或无线电波进行通信，但很快就发现这种通信经常会失效，假设在一个小区域内有很多个机器人，并且它们都试图互相发送信号，则相互之间就可能产生冲突和混乱。

当小体积的无线电设备很多时，使用无线电信号进行通信，信号就可能会相互干扰。

每个立方体块放置在其他立方体块六个面上的任何一个面上时，都可以沿四个基本方向移动，从而产生了24个不同的移动方向。因为立方体块没有伸出的小臂和附属物，所以它们很容易避免遭受损坏或碰撞。

解决了物理障碍后，来关注关键的挑战：我们如何使这些立方体块进行通信，并可靠地识别相邻立方体块的配置？

Romanishin提出了一种算法来帮助机器人完成简单的任务或“行为”，这让他们想到了一个类似条形码的系统，在这个系统中，机器人可以感知它们所连接的其他立方体块的身份和面孔。

在一个实验中，研究小组让这些立方体块从一个随机的形状变成一条线，他们观察这些立方体块是否能确定它们相互连接的具体方式。如果它们不确定，它们就必须选择一个方向，朝那个方向滚动，直到走到这条线的末端。

从本质上讲，这些立方体块使用了它们相互连接的配置来引导它们选择移动的动作——90%的M-Blocks成功地加入了一条直线。

该团队指出，构建电子设备非常具有挑战性，尤其是在试图将复杂的硬件安装到如此小的一个立方体时。为了使M-Block集群更好地实现，该团队希望未来越来越多的机器人能够制造更大的集群，并为各种形状提供更强的能力。

目前该项目已经得到了美国国家科学基金会(National Science Foundation)和亚马逊机器人(Amazon Robotics)的部分支持。期待这些小“骰子”未来带给我们新的惊喜。