李賢煥

Tribots。機(jī)器人

世界各地的機(jī)器人研究者一直都在自然界的生物中尋找靈感和模型，打造更好的機(jī)器人。近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的機(jī)器人研究者在螞蟻的啟發(fā)下，開發(fā)了一種微型機(jī)器人——Tribots。

螞蟻是“大力士”，能夠舉起超過自身重量數(shù)倍甚至數(shù)十倍的物體。但限于極小身型，螞蟻個(gè)體的能力著實(shí)有限。但在群體的合作下，一群螞蟻能夠有序地分工，建造復(fù)雜的巢穴、組織前進(jìn)路線。簡(jiǎn)單來說，就是通過交流和協(xié)作實(shí)現(xiàn)群體能力的最大化。

Tribots機(jī)器人的能力和螞蟻很像。單個(gè)的Tribots能夠推動(dòng)比自身更重的物體，跳上數(shù)倍于自身尺寸的高度;而當(dāng)它們聚集成群時(shí)，不同的個(gè)體之間能夠進(jìn)行交流、合作，共同完成同一個(gè)任務(wù)，甚至由一個(gè)機(jī)器人向多個(gè)其他個(gè)體下達(dá)指令，讓多個(gè)機(jī)器人完成協(xié)同任務(wù)，只不過機(jī)器人之間的交流不需要通過觸角進(jìn)行。

Tribot 由多種傳統(tǒng)的電子零部件折疊組裝而成

在外形上，Tribots完全看不出有螞蟻的樣子，更像是一個(gè)行走的電路板，通過多張輕薄的材料折疊組裝而成，由于奇特的外形，它也被稱為是“三足機(jī)器人”。雖然機(jī)器人尺寸不超過10厘米，重量?jī)H為10克，但巧妙的組合讓這個(gè)簡(jiǎn)單的三足機(jī)器人具備了五種不同的運(yùn)動(dòng)形態(tài)：垂直跳躍、水平跳躍、翻過障礙物、在平臺(tái)及非平坦的平面上行進(jìn)。每個(gè)機(jī)器人都搭載了小型的紅外和距離傳感器（proximity sensor），用于感知和通信，這是機(jī)器人能獨(dú)立根據(jù)環(huán)境作出應(yīng)對(duì)、進(jìn)行個(gè)體間通信的硬件基礎(chǔ)。據(jù)EPFL介紹，該機(jī)器人還能根據(jù)不同的使用需求裝載更多不同的傳感器。

每個(gè)機(jī)器人都攜帶了小型鋰電池，這些電池能夠獨(dú)立提供機(jī)器人行進(jìn)、傳感、行進(jìn)所需的所有能量，形成了自驅(qū)動(dòng)能力。在動(dòng)力方面，團(tuán)隊(duì)選擇使用了形狀記憶合金，可以在特定溫度下發(fā)生形變，并隨著溫度復(fù)原而恢復(fù)形狀。團(tuán)隊(duì)在機(jī)器人機(jī)構(gòu)上內(nèi)置了微型加熱器，通過短時(shí)間的加熱控制形狀記憶合金的伸縮，讓其充當(dāng)了機(jī)器人的肌肉。通過控制加熱器的工作即可分別控制每條腿的運(yùn)動(dòng)，以此讓機(jī)器人完成特定動(dòng)作。

這些配置讓Tribot具備了多種運(yùn)動(dòng)方式，如前腳后腳相繼向前， 完成向前行走的動(dòng)作;同時(shí)還能通過控制三條腿之間的配合，完成空翻動(dòng)作，越過障礙物;在向上跳躍的測(cè)試中，Tribot的彈跳高度能夠達(dá)到自身身高的2.5倍。

作者表示，開發(fā)這些動(dòng)作都是受到了一種名為鋸針蟻（Odontomachus ants）的啟發(fā)，這種螞蟻的特點(diǎn)在于有一個(gè)特化的顎夾，能在0.13毫秒將顎夾張開到180度，這個(gè)動(dòng)作可以快速敲擊地面，將自身迅速?gòu)楇x。

從個(gè)體能力來說，小小的Tribot可以說是具備了螞蟻般的“神力”。但更重要的還在后面：相同的結(jié)構(gòu)，不同的角色分工，這也是螞蟻群的最大特點(diǎn)之一。在Tribot身上，盡管每個(gè)機(jī)器人都有完全一致的結(jié)構(gòu)、形態(tài)，而多樣的運(yùn)動(dòng)能力實(shí)現(xiàn)不同的分工，從而達(dá)到協(xié)作的目的，這都是建立在機(jī)器人個(gè)體和群體間的通信能力之上的。

在一個(gè)例子中，研究人員將兩個(gè)Tribots分別設(shè)定為領(lǐng)導(dǎo)者和跟隨者，當(dāng)前者經(jīng)過一個(gè)間隙后，通過傳輸信號(hào)向后者告知了前方地形的變化，讓后者能在沒有注意到間隙的情況下，根據(jù)信號(hào)的指示，跳過了間隙。在另一個(gè)測(cè)試中，研究人員設(shè)置了單個(gè)機(jī)器人無法推動(dòng)的重物，讓兩個(gè)Tribots合作將其推到特定位置。更有意思的是，兩者間配合是由另一個(gè)機(jī)器人進(jìn)行指揮，像一個(gè)指揮手一樣指示兩個(gè)“工人”共同完成合作任務(wù)。

“每個(gè)Tribot都像螞蟻一樣，可以扮演不同的角色。當(dāng)他們面對(duì)新的任務(wù)、未知的環(huán)境時(shí)，或是其他機(jī)器人迷路的時(shí)候，它們也可以馬上轉(zhuǎn)變成新角色。這超出了自然界中螞蟻的能力。”該研究的作者，EPFL可重構(gòu)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主任Jamie Paik說道。

在未來的實(shí)際應(yīng)用中，比如執(zhí)行緊急搜索任務(wù)，Tribots可以被大批量部署到現(xiàn)場(chǎng)。由于機(jī)器人數(shù)量眾多且具備通信能力，他們可以在很大的范圍內(nèi)快速定位目標(biāo)，而無需依賴GPS?！坝捎谒鼈兛梢源罅恐圃旌筒渴?，因此部分機(jī)器人的失效不會(huì)影響任務(wù)的成功，”Paik 補(bǔ)充道，“憑借其獨(dú)特的集體協(xié)作能力，我們的小型機(jī)器人可以更好適應(yīng)未知的環(huán)境，因而在某些任務(wù)中比大型機(jī)器人有更強(qiáng)的能力?！蓖瑫r(shí)，作者也強(qiáng)調(diào)，可以將這個(gè)機(jī)器人看作是一個(gè)有趣的平臺(tái)，可以探索新的運(yùn)動(dòng)模式和為特定任務(wù)定制機(jī)器人的可能性。

（摘自美《深科技》）（編輯/華生）