還記得《變形金剛3》上映時(shí)，當(dāng)汽車(chē)人在高速行進(jìn)中變形，并與霸天虎展開(kāi)激烈的戰(zhàn)斗時(shí)，小探內(nèi)心的激動(dòng)難以掩蓋。有朝一日，在現(xiàn)實(shí)生活中，我們是否也能有一輛酷炫的“大黃蜂”，可以根據(jù)需要隨時(shí)“變形”？

十年過(guò)去了，變形金剛雖然沒(méi)有從天而降，但是隨著自我配置型機(jī)器人的誕生和發(fā)展，我們離“汽車(chē)人，變形出發(fā)！”的時(shí)代已經(jīng)越來(lái)越近。

近日，美國(guó)的咨詢機(jī)構(gòu)今日未來(lái)研究所（Future Today Institute）發(fā)布了最新的《2020年科技趨勢(shì)報(bào)告》 ，其中提到了自我配置型機(jī)器人（Self-Assembling Robots）的概念。

這是新一代的可以自我組裝、合并、拆分和修復(fù)的機(jī)器人，目前受到了各大知名院校、研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)的廣泛關(guān)注，擁有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。我們是否可以馬上迎來(lái)了“變形金剛”的時(shí)代了呢？就讓小探帶你一探究竟！

上可入太空，下可救水火：豐富應(yīng)用顯神通

自我配置型的機(jī)器人擁有十分廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。比如在長(zhǎng)期的太空任務(wù)中，由于未知的宇宙環(huán)境，太空任務(wù)的執(zhí)行在數(shù)量和質(zhì)量上都受到很大限制，因此擁有固定配置系統(tǒng)的機(jī)器人在面對(duì)突發(fā)的事件時(shí)往往不具備處理的能力。

但是，自我配置型的機(jī)器人可以長(zhǎng)期自我維持，在應(yīng)對(duì)不可預(yù)見(jiàn)的情況時(shí)往往可以通過(guò)自我重新組合可以完成許多任務(wù)，并進(jìn)行自我修復(fù)，從而大大突破了限制，降低了風(fēng)險(xiǎn)。

與外太空的場(chǎng)景類(lèi)似的是施工現(xiàn)場(chǎng)或者火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。例如，當(dāng)施工面臨危險(xiǎn)或在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)唯一的救生樓梯受火勢(shì)影響時(shí)，自我配置型機(jī)器人可以在現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)形成橋梁或者樓梯成為施工人員和逃生人員的緊急救生通道。

除了作為基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)者和緊急事故的幫手外，自我配置型機(jī)器人還可以在消費(fèi)市場(chǎng)上大量應(yīng)用。在未來(lái)，消費(fèi)者可以在車(chē)庫(kù)、地下室或閣樓中擁有一系列可自我重新配置的模塊。當(dāng)需要時(shí)，消費(fèi)者可召集機(jī)器人來(lái)完成諸如“清理水槽”或“更換汽車(chē)內(nèi)的機(jī)油”之類(lèi)的任務(wù)，而機(jī)器人可以變成所需的形狀并執(zhí)行任務(wù)。

針對(duì)這些應(yīng)用場(chǎng)景，在美國(guó)和中國(guó)，已經(jīng)有很多公司與研究機(jī)構(gòu)正在通過(guò)長(zhǎng)期的研發(fā)慢慢將其變成現(xiàn)實(shí)。

創(chuàng)業(yè)公司與NASA合作，太空時(shí)代指日可期

2019年，NASA向一個(gè)名叫Made in Space的 創(chuàng)業(yè)公司投資了7370萬(wàn)美元用于合作開(kāi)發(fā)和發(fā)射自動(dòng)太空機(jī)器人。該機(jī)器人名為“阿奇諾特一號(hào)”（Archinaut One），可以在軌道上把自身以及其他太空設(shè)備的原件通過(guò)3D打印的形式制作出來(lái)。

該計(jì)劃的第一階段為地面演示，于2016年開(kāi)始，旨在消除風(fēng)險(xiǎn)并確保正常運(yùn)營(yíng)，第二階段已于2019年7月開(kāi)始，NASA和“Made in Space”將開(kāi)發(fā)并計(jì)劃于2022年發(fā)射Archinaut One的測(cè)試版本，并讓其在太空中獨(dú)立運(yùn)行。到達(dá)太空艙后，該太空船將3D打印兩個(gè)10米長(zhǎng)的支持柱，并展開(kāi)兩個(gè)太陽(yáng)能電池陣列，它們產(chǎn)生的功率可能是尺寸相近的太空飛船上傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板的五倍之多。

Archinaut One與展開(kāi)的太陽(yáng)能電池陣列，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

Made in Space的團(tuán)隊(duì)目前已經(jīng)在國(guó)際空間站上部署了3D打印機(jī)，可以指導(dǎo)Archinaut One進(jìn)行各種制造和組裝操作。Archinaut One將能夠在軌道上建造自己的擴(kuò)展太陽(yáng)能電池板和天線，輻射器和偏轉(zhuǎn)器等裝置。

Made in Space的CEO Andrew Rush 表示， 這項(xiàng)技術(shù)可以讓人們即使在遠(yuǎn)離地球的地方也能進(jìn)行可持續(xù)地生活和工作，并可以為衛(wèi)星甚至未來(lái)的人類(lèi)棲息地提供創(chuàng)新的工具和解決方案。

如果成功的話，這項(xiàng)技術(shù)將改變太空探索的規(guī)則。因?yàn)樘章眯械淖钪卮笙拗浦皇侨藗兊巧虾教炱鲿r(shí)所能攜帶的東西。而太空3D打印可以讓公司和政府在太空軌道上自動(dòng)建造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并減少宇航員太空行走以進(jìn)行維修的風(fēng)險(xiǎn)。

麻省理工學(xué)院：M模塊機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主協(xié)調(diào)

一群可以互動(dòng)的機(jī)器人有完成復(fù)雜任務(wù)的巨大潛力。但讓機(jī)器人擁有真正的協(xié)調(diào)意識(shí)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

為了改變這種情況，麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）的一個(gè)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套自組裝機(jī)器立方體，它們可以相互上下攀爬，在空中跳躍并在地面上滾動(dòng)。經(jīng)過(guò)6年的研究與迭代，由16個(gè)模塊組成的機(jī)器人現(xiàn)在可以在模塊的每個(gè)面上使用類(lèi)似條形碼的系統(tǒng)彼此識(shí)別和“通信”，并完成簡(jiǎn)單的任務(wù)或行為，例如形成一條直線、跟隨箭頭或跟蹤燈光等等。

MIT的M-bot變形過(guò)程，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

每個(gè)模塊化“ M塊”內(nèi)部都有一個(gè)飛輪，該飛輪以每分鐘2萬(wàn)轉(zhuǎn)的速度運(yùn)動(dòng)，并利用角動(dòng)量制動(dòng)飛輪。同時(shí)，在每個(gè)邊緣和每個(gè)面上都有永久磁鐵，可讓任何兩個(gè)立方體相互連接。

該團(tuán)隊(duì)設(shè)想在災(zāi)難響應(yīng)中應(yīng)用這個(gè)機(jī)器人。想象一下一座燃燒的建筑物，消防員無(wú)法接近受火勢(shì)影響的樓梯，但他們可以將M塊簡(jiǎn)單地扔在地上，看著它們變成臨時(shí)樓梯，以爬上屋頂或下到地下室以營(yíng)救受害者。

除了檢查和救援之外，研究人員還設(shè)想將這些模塊用于游戲，制造和醫(yī)療保健等領(lǐng)域。

賓夕法尼亞大學(xué)：模塊添加“大腦”程序增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)力

當(dāng)機(jī)器人擁有了控制自身的協(xié)調(diào)性，如何可以通過(guò)改變自己適應(yīng)不斷變化的環(huán)境呢？來(lái)自賓夕法尼亞大學(xué)和康奈爾大學(xué)的研究人員在致力于解決這個(gè)問(wèn)題。

他們所研發(fā)的機(jī)器人叫做SMORES-EP，由任意數(shù)量的立方體組成， 使用磁體以不同的方式相互依附。每個(gè)立方體都是一個(gè)小機(jī)器人，均對(duì)計(jì)劃（通過(guò)其軟件）和執(zhí)行（通過(guò)其硬件）做出同等貢獻(xiàn)。

小機(jī)器人每一側(cè)都有輪子，可以使它們沿任何方向移動(dòng)，并且可以通過(guò)將其末端的磁體轉(zhuǎn)換成短距離無(wú)線電裝置來(lái)相互通信。每個(gè)模塊都配備有四個(gè)連接器，這意味著其中兩個(gè)機(jī)器人可以17種不同的配置進(jìn)行連接。這樣一來(lái)，這些立方體就可以組成一個(gè)更大，更復(fù)雜的機(jī)器人。

賓夕法尼亞大學(xué)的SMORES-EP，圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

為了從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，這些機(jī)器人需要制定一個(gè)行動(dòng)計(jì)劃，以從當(dāng)前的位置轉(zhuǎn)移到新位置。例如，要從步行機(jī)器人轉(zhuǎn)換為帶手臂機(jī)器人，則需要以特定方式對(duì)接和分離。

研究人員計(jì)算出了機(jī)器人從初始狀態(tài)重新配置為目標(biāo)狀態(tài)的最有效方法。比如一些配置方法需要模塊互相幫助，一個(gè)模塊充當(dāng)“幫助器”，該模塊將另一個(gè)模塊移動(dòng)到位，以便它可以?？吭谛挛恢谩Ｍ瑫r(shí)，研究人員將一個(gè)小型桅桿上的網(wǎng)絡(luò)攝像頭連接到了機(jī)器人的一個(gè)模塊上，使其可以看到自己，并可以通過(guò)中央處理器來(lái)控制所有連接的模塊。

此類(lèi)模塊化機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)在于，它比標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人更具靈活性和適應(yīng)性，這意味著它們可以自我修復(fù)并應(yīng)對(duì)未知的環(huán)境。在應(yīng)用層面，它們可能被應(yīng)用于太空任務(wù)和災(zāi)難應(yīng)對(duì)，或被提供給殘疾人作為義肢。

中國(guó)：現(xiàn)實(shí)版“變形金剛”開(kāi)啟教育消費(fèi)市場(chǎng)

在2020年的CES大會(huì)上，一家來(lái)自中國(guó)的科技公司在拉斯維加斯的展會(huì)上向大家展示了全球首款能量產(chǎn)的變形機(jī)器人。這家名為“樂(lè)森機(jī)器人”（Robosen）的公司成立于2008年，為全球消費(fèi)機(jī)器人廠商提供技術(shù)解決方案和ODM等業(yè)務(wù)。該公司于2019年初發(fā)布了新品牌“樂(lè)森（Robosen）”，并推出了第一款自主品牌的變形機(jī)器人產(chǎn)品：T9。

樂(lè)森科技的“變形金剛”T9， 圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

而與NASA和美國(guó)的教育機(jī)構(gòu)的研究重點(diǎn)不同，樂(lè)森生產(chǎn)的機(jī)器人是一款消費(fèi)型的機(jī)器人，但同時(shí)相比于其他的機(jī)器人又有較高的技術(shù)門(mén)檻，其包含22個(gè)關(guān)節(jié)自由度，搭載訊飛AI語(yǔ)音技術(shù)，結(jié)合運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)音、視覺(jué)，兼具語(yǔ)音交互、游戲娛樂(lè)和教育編程的功能。

在娛樂(lè)方面，T9支持AR游戲模式，支持多種控制模式（聲控+APP），配合可自主編輯的一百多萬(wàn)種動(dòng)作程序，有很高的可玩性。在教育上方面，T9支持人車(chē)雙形態(tài)切換，支持三種編程（3D，Scratch，手動(dòng)）模式，用圖形化的界面，讓孩子能夠快速上手進(jìn)行編程。

我們離大黃蜂時(shí)代還有多遠(yuǎn)？

盡管可組裝機(jī)器人的研究與生產(chǎn)取得了巨大的突破，但想實(shí)現(xiàn)大黃蜂伴我們左右的理想時(shí)代，依舊有很多挑戰(zhàn)。

首先，在設(shè)計(jì)方面，每一種設(shè)計(jì)主要集中在局部考慮的因素上，比如有些設(shè)計(jì)具有靈活的外形，有些易于對(duì)接以及管理電源等等。然而，因?yàn)橐紤]的因素過(guò)多，因此在學(xué)界和業(yè)界尚未提出最佳的通用模塊設(shè)計(jì)可以考慮到所有的因素。

其次，在規(guī)劃和控制方面，盡管已經(jīng)研究出了幾百萬(wàn)個(gè)單元的算法，但是在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景下往往是單元與單元環(huán)環(huán)相扣，因此缺乏伸縮度較大的算法克服現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的限制。

除了技術(shù)層面的挑戰(zhàn)之外，學(xué)界和業(yè)界普遍認(rèn)為可自我變形的機(jī)器人的商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景尚需探索。不過(guò)，隨著人工智能在各個(gè)國(guó)家逐步受到重視，將會(huì)有越來(lái)越多的公司與大學(xué)參與到新一代機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)之中，相信人與機(jī)器人共舞的時(shí)代終將會(huì)來(lái)臨！

你對(duì)可自我組裝的機(jī)器人有什么看法？你覺(jué)得還有哪些人工智能應(yīng)用讓你印象深刻呢？歡迎在下方討論！