这些可变形机器人或许是太空家具的绝佳选择

电磁机器人方块在飞船狭小的空间里搭建可能非常方便。
four cubes with copper wires wrapped around their edges that are connected electromagnetically
这些小型的机器人方块可以重组成各种形状,未来或许能帮助宇航员在太空建造。Jimmy Day/MIT Media Lab

如果一个机器人一会儿可以是桌子,一会儿又能变成沙发,那会是什么样子?几十年来,机器人研究人员一直在追求可重构设备的概念,现在一个项目发现,这种多功能机器人在太空建造方面也会非常有用,因为宇航员在飞船上的工具和空间都非常有限。

麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的科学家们利用电磁学创造了可以组装成复杂形状的立方体机器人。这些太空机器人方块的描述 在一篇论文中,该论文将在2022年机器人与自动化国际会议上发表。

研究团队表示,尽管这些被称为ElectroVoxels的无线原型尺寸很小,但它们在太空探索方面有着非常大的应用前景。麻省理工学院博士生、该研究的首席作者Martin Nisser表示,ElectroVoxels在一定程度上受到电影《超能陆战队》中模块化机器人的启发。这些小型模块不是一个单一用途的机器人,而是可以组合起来建造多种功能结构。

a woman and man in flight jumpsuits test two robotic cubes in low gravity environments on a plane
在抛物线飞行测试中,ElectroVoxel立方体在微重力环境下进行测试。Steve Boxall/ZeroG

由于机器人尺寸很小,该项目在太空中的应用比在地球上的应用范围更广。

Nisser说:“很多人会认为,在太空建造比在地球上建造更具挑战性,因为你对可以发射的东西有很多限制。你想送往轨道的任何东西都必须放在火箭整流罩的范围内,在质量和体积上都受到严格限制。”

例如,国际空间站的空间非常狭窄,甚至宇航员的家具也必须紧凑且经过优化才能完美放置,几乎就像一场俄罗斯方块游戏。

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虽然在轨道上建造物体可能比其价值更麻烦(且昂贵),但一直以来都有大力推动缩小技术尺寸以推动太空探索。部分动力来自于21世纪初立方星(Cubesats)的出现,当今的微型化趋势有助于为宇航员提供更大的活动空间,同时也可能降低火箭载荷的成本。

卡内基梅隆大学机器人研究所助理教授Zachary Manchester(未参与此项研究)表示:“用火箭将东西送入太空非常昂贵。(据NASA称,将一磅载荷送入轨道约需10,000美元)。如果你能缩小尺寸并将更多东西装进火箭,就能降低所有发射成本。”

ElectroVoxels 提供了一种廉价且易于制造的解决方案:3D打印框架的电磁衬里使立方体能够无缝地相互吸引、排斥,甚至关闭。一个立方体制造只需一个多小时,成本仅为60美分。

a scaffold of a cube disassembled revealing the mechanics of its interior with wiring
印刷电路板和电子设备控制着电磁体的电流方向。Jimmy Day/MIT Media Lab

在每个方块内部,3D打印的电路板和电子设备协同工作,发送电流来控制其运动,这很像《变形金刚》中的汽车人移动小零件来创造更大、新形态的方式。但是,要使这些立方体运动起来,Nisser和他的团队必须设计软件,以便用户可以根据需要将其操纵成任何形状。该模拟允许用户一次控制多达一千个ElectroVoxels,或从一系列预定义的运动中选择来创建重构。

Manchester说,该项目的处理方式与许多依赖于自主网络或多代理机器人系统的类似想法不同,在这些系统中,大型网络中的每个机器人都是独立的智能体。但由于这些ElectroVoxels不受人工智能驱动,用户可以自由地创造出超越计算机可能实现的形状。

Manchester解释说:“整体大于部分之和,你可以用许多小型航天器或小型机器人系统集体做一些很酷的事情。”

Manchester指出,有一个缺点。在零重力环境之外,这些立方体无法工作。尽管ElectroVoxels已经在抛物线飞行中进行了测试(可以模拟微重力),但 menurut Manchester,它们在地球上很难聚集足够的力来移动。

Nisser和团队最终希望制造出足够强大的立方体,使其能够克服地球的引力。这将使这些机器人能够缓解太空中的生活条件,并使人类能够在地面上进行大规模、可重构的操作。

Nisser说:“我对这个项目在地球上部署的长期前景感到非常兴奋。”

 

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Tatyana Woodall

科学特约撰稿人

Tatyana Woodall是Popular Science的常驻撰稿人。她居住在俄亥俄州,对科学技术如何在日常生活中交织在一起非常感兴趣。


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