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(fèi)爾德教授（Neil Gershenfeld）在《電氣電子工程師學(xué)會(huì)機(jī)器人與自動(dòng)化快報(bào)》科學(xué)期刊上發(fā)表報(bào)告稱，開發(fā)出一種組裝機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)可能有一天會(huì)建造從飛機(jī)到太空定居點(diǎn)的高性能結(jié)構(gòu)。

以飛機(jī)制造為例，如今的商用飛機(jī)一般是分節(jié)制造的，通常是在不同的位置制造–一個(gè)工廠的機(jī)翼，另一個(gè)工廠的機(jī)身部分，其他地方的尾翼部件–然后空運(yùn)到大型貨運(yùn)飛機(jī)的中央工廠進(jìn)行最終組裝。但是，如果最后的裝配是唯一的裝配，而整個(gè)飛機(jī)是由大量細(xì)小的相同零件組成，并且全部由一群微型機(jī)器人組成的，那該怎么辦呢？組裝機(jī)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(gè)團(tuán)隊(duì)一起構(gòu)建更大的組件。

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

從歷史上看，機(jī)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(duì)諸如工廠組裝之類的特殊應(yīng)用進(jìn)行了精心優(yōu)化，而另一類則是由廉價(jià)，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(jī)器人可以替代這兩種機(jī)器人。它比第一種機(jī)器人要簡(jiǎn)單得多，而且要比后者要強(qiáng)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(jī)到橋梁再到整個(gè)建筑物。

格申費(fèi)爾德教授表示，核心區(qū)別在于機(jī)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(jī)器人，無(wú)法將機(jī)器人與結(jié)構(gòu)分開，它們可以作為一個(gè)系統(tǒng)協(xié)同工作。” 比如，盡管大多數(shù)移動(dòng)機(jī)器人都需要高度精確的導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)跟蹤其位置，但是新的組裝機(jī)器人只需要跟蹤它們相對(duì)于當(dāng)前正在工作的稱為子像素的小型子單元的位置。機(jī)器人每踏入下一個(gè)體素時(shí)，都會(huì)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(gè)好處是，就像可以通過(guò)使用屏幕上的像素陣列來(lái)復(fù)制最復(fù)雜的圖像一樣，幾乎任何物理對(duì)象都可以作為較小的三維碎片或體素的陣列來(lái)重建，而這些三維碎片或體素可以自己制作簡(jiǎn)單的支柱和節(jié)點(diǎn)。

該團(tuán)隊(duì)證明，可以布置這些簡(jiǎn)單的組件來(lái)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?？梢酝ㄟ^(guò)簡(jiǎn)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(gè)體素中的閂鎖系統(tǒng)將其固定在一起。

機(jī)器人本身就像一個(gè)小臂，中間有兩個(gè)長(zhǎng)節(jié)，兩個(gè)長(zhǎng)節(jié)鉸接在一起，每個(gè)末端都有用于夾持在體素結(jié)構(gòu)上的設(shè)備。這些簡(jiǎn)單的設(shè)備像蠕蟲一樣四處移動(dòng)，通過(guò)反復(fù)打開和關(guān)閉其V形主體，從一個(gè)移到另一個(gè)，沿著一排體素前進(jìn)。杰內(nèi)特稱其為小型機(jī)器人BILL-E（雙足各向同形運(yùn)動(dòng)探測(cè)器）。

杰內(nèi)特已構(gòu)建了幾種版本的組裝器作為概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)，以及具有鎖定機(jī)制的相應(yīng)體素設(shè)計(jì)，可以輕松地將每個(gè)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(guò)程。他說(shuō)：“我們沒(méi)有把精度放在機(jī)器人上，精度來(lái)自結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗饾u成形。這不同于所有其它機(jī)器人。它只需要知道下一步在哪里。”

格申費(fèi)爾德教授說(shuō)，在組裝零件時(shí)，每個(gè)微型機(jī)器人都可以算出其在結(jié)構(gòu)上的臺(tái)階數(shù)。他說(shuō)，除了導(dǎo)航之外，這還使機(jī)器人可以在每個(gè)步驟中糾正錯(cuò)誤，從而消除了傳統(tǒng)機(jī)器人系統(tǒng)的大部分復(fù)雜性。他說(shuō)：“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(duì)于實(shí)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(guò)程。 科學(xué)家還開發(fā)的控制軟件，可以使機(jī)器人協(xié)調(diào)工作并避免互相干擾。

這種使用簡(jiǎn)單的機(jī)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(lè)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(guó)宇航局，空中客車公司贊助了這項(xiàng)研究。

這種組裝機(jī)器人的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)與初始組裝相同的機(jī)器人工藝輕松地進(jìn)行維修。損壞的部分可以從結(jié)構(gòu)上拆卸下來(lái)，并用新的部分替換，從而產(chǎn)生與原始結(jié)構(gòu)一樣堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。格申費(fèi)爾德教授說(shuō)：“拆建與建造同等重要。”隨著時(shí)間的流逝，這一設(shè)計(jì)還可用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行修改或改進(jìn)。對(duì)于空間站或月球棲息地，這些機(jī)器人將居住在結(jié)構(gòu)上，不斷對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和修理。

格申費(fèi)爾德教授認(rèn)為，最終，這種系統(tǒng)可以用來(lái)建造整個(gè)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(yùn)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(lái)的系統(tǒng)。

德國(guó)不倫瑞克工業(yè)大學(xué)操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究所所長(zhǎng)桑德爾·費(fèi)克特（Sandor Fekete）說(shuō)：“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(fèi)克特認(rèn)為，組裝這樣的系統(tǒng)是一個(gè)挑戰(zhàn)，他計(jì)劃加入麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)，以進(jìn)一步開發(fā)控制系統(tǒng)。

費(fèi)克特說(shuō)：“這是使用小型和簡(jiǎn)單的機(jī)器人有望帶來(lái)下一個(gè)突破的地方：機(jī)器人不會(huì)感到疲勞或無(wú)聊，而使用許多微型機(jī)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(tuán)隊(duì)所做的這項(xiàng)極其原始而巧妙的工作，使人們朝著動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)飛機(jī)機(jī)翼，制造巨大的太陽(yáng)帆乃至可重構(gòu)太空棲息地邁出了一大步。”

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