麻省理工學(xué)院博士生本杰明·杰內(nèi)特（Benjamin Jenett）和原子中心的尼爾·格申費爾德教授（Neil Gershenfeld）在《電氣電子工程師學(xué)會機器人與自動化快報》科學(xué)期刊上發(fā)表報告稱，開發(fā)出一種組裝機器人原型，它可以用很小的零件制成大型結(jié)構(gòu)。這種小型機器人系統(tǒng)可能有一天會建造從飛機到太空定居點的高性能結(jié)構(gòu)。

以飛機制造為例，如今的商用飛機一般是分節(jié)制造的，通常是在不同的位置制造–一個工廠的機翼，另一個工廠的機身部分，其他地方的尾翼部件–然后空運到大型貨運飛機的中央工廠進行最終組裝。但是，如果最后的裝配是唯一的裝配，而整個飛機是由大量細(xì)小的相同零件組成，并且全部由一群微型機器人組成的，那該怎么辦呢？組裝機器人的原型版本可以解決這種難題，它可以組裝小型結(jié)構(gòu)，甚至可以作為一個團隊一起構(gòu)建更大的組件。

休斯敦大學(xué)電氣與計算機工程副教授亞倫·貝克爾（Aaron Becker）說：“這種機器人結(jié)合了一流的機械設(shè)計，令人嘆為觀止的演示，它的硬件包含超過100000個元素的仿真套件。其核心是一種我們稱為相對機器人的技術(shù)。”

從歷史上看，機器人技術(shù)分為兩大類：一類是由昂貴的定制組件制成的，這些組件針對諸如工廠組裝之類的特殊應(yīng)用進行了精心優(yōu)化，而另一類則是由廉價，批量生產(chǎn)且性能低得多的模塊制成。但是，麻省理工學(xué)院科學(xué)家開發(fā)的這種新機器人可以替代這兩種機器人。它比第一種機器人要簡單得多，而且要比后者要強大得多，并且它有可能徹底改變大型系統(tǒng)的生產(chǎn)，從飛機到橋梁再到整個建筑物。

格申費爾德教授表示，核心區(qū)別在于機器人設(shè)備與其所處理和操縱的材料之間的關(guān)系。有了這些新型的機器人，無法將機器人與結(jié)構(gòu)分開，它們可以作為一個系統(tǒng)協(xié)同工作。” 比如，盡管大多數(shù)移動機器人都需要高度精確的導(dǎo)航系統(tǒng)來跟蹤其位置，但是新的組裝機器人只需要跟蹤它們相對于當(dāng)前正在工作的稱為子像素的小型子單元的位置。機器人每踏入下一個體素時，都會始終根據(jù)其當(dāng)前站立的特定組件重新調(diào)整其位置感。

這樣做的一個好處是，就像可以通過使用屏幕上的像素陣列來復(fù)制最復(fù)雜的圖像一樣，幾乎任何物理對象都可以作為較小的三維碎片或體素的陣列來重建，而這些三維碎片或體素可以自己制作簡單的支柱和節(jié)點。

該團隊證明，可以布置這些簡單的組件來有效地分配負(fù)載。它們主要由開放空間組成，因此結(jié)構(gòu)的總重量最小。可以通過簡單的組裝器將這些單元拾起并放置在彼此相鄰的位置，然后使用內(nèi)置在每個體素中的閂鎖系統(tǒng)將其固定在一起。

機器人本身就像一個小臂，中間有兩個長節(jié)，兩個長節(jié)鉸接在一起，每個末端都有用于夾持在體素結(jié)構(gòu)上的設(shè)備。這些簡單的設(shè)備像蠕蟲一樣四處移動，通過反復(fù)打開和關(guān)閉其V形主體，從一個移到另一個，沿著一排體素前進。杰內(nèi)特稱其為小型機器人BILL-E（雙足各向同形運動探測器）。

杰內(nèi)特已構(gòu)建了幾種版本的組裝器作為概念驗證設(shè)計，以及具有鎖定機制的相應(yīng)體素設(shè)計，可以輕松地將每個組裝者與鄰居分離或組裝。他使用這些原型演示了將塊組裝為線性，二維和三維結(jié)構(gòu)的過程。他說：“我們沒有把精度放在機器人上，精度來自結(jié)構(gòu)，因為它逐漸成形。這不同于所有其它機器人。它只需要知道下一步在哪里。”

格申費爾德教授說，在組裝零件時，每個微型機器人都可以算出其在結(jié)構(gòu)上的臺階數(shù)。他說，除了導(dǎo)航之外，這還使機器人可以在每個步驟中糾正錯誤，從而消除了傳統(tǒng)機器人系統(tǒng)的大部分復(fù)雜性。他說：“它缺少了大多數(shù)常用的控制系統(tǒng)，但是只要不遺漏任何步驟，它就知道它在哪里。”對于實際的裝配應(yīng)用，由于這些組件的大量出現(xiàn)，它們可以一起工作以加快過程。 科學(xué)家還開發(fā)的控制軟件，可以使機器人協(xié)調(diào)工作并避免互相干擾。

這種使用簡單的機器人系統(tǒng)、由相同子單元組裝大型結(jié)構(gòu)的方法，就像小孩子從樂高積木中組裝大型城堡一樣，已經(jīng)引起了一些潛在用戶的興趣，包括美國宇航局，空中客車公司贊助了這項研究。

這種組裝機器人的一個優(yōu)點可以通過與初始組裝相同的機器人工藝輕松地進行維修。損壞的部分可以從結(jié)構(gòu)上拆卸下來，并用新的部分替換，從而產(chǎn)生與原始結(jié)構(gòu)一樣堅固的結(jié)構(gòu)。格申費爾德教授說：“拆建與建造同等重要。”隨著時間的流逝，這一設(shè)計還可用于對系統(tǒng)進行修改或改進。對于空間站或月球棲息地，這些機器人將居住在結(jié)構(gòu)上，不斷對其進行維護和修理。

格申費爾德教授認(rèn)為，最終，這種系統(tǒng)可以用來建造整個建筑物，特別是在太空，月球或火星等困難環(huán)境中。它可以消除從地面一直運送大型預(yù)組裝結(jié)構(gòu)的需要。取而代之的是，可以發(fā)送大批微小的子單元，或使用可以在最終目的地，利用當(dāng)?shù)夭牧蠈⑦@些子單元制造出來的系統(tǒng)。

德國不倫瑞克工業(yè)大學(xué)操作系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)研究所所長桑德爾·費克特（Sandor Fekete）說：“諸如此類的超輕數(shù)字材料為構(gòu)建高效，復(fù)雜的系統(tǒng)提供了令人驚嘆的方法。大型結(jié)構(gòu)在航空航天應(yīng)用中至關(guān)重要。”

但費克特認(rèn)為，組裝這樣的系統(tǒng)是一個挑戰(zhàn)，他計劃加入麻省理工學(xué)院的研究團隊，以進一步開發(fā)控制系統(tǒng)。

費克特說：“這是使用小型和簡單的機器人有望帶來下一個突破的地方：機器人不會感到疲勞或無聊，而使用許多微型機器人似乎是完成這一關(guān)鍵任務(wù)的唯一方法。杰內(nèi)特的團隊所做的這項極其原始而巧妙的工作，使人們朝著動態(tài)調(diào)節(jié)飛機機翼，制造巨大的太陽帆乃至可重構(gòu)太空棲息地邁出了一大步。”

格申費爾德教授表示：“在此過程中，我們覺得自己正在探索混合材料機器人系統(tǒng)的新領(lǐng)域。”