自由組隊、分離和修復，基于MNS開(kāi)發(fā)的機器人秒變“變形金剛”

該機器人可以實(shí)現自由組隊、分離和自我修復，未來(lái)將融入AI進(jìn)一步優(yōu)化與改進(jìn)。

變形金剛

電影里，炫酷的變形金剛對我們來(lái)說(shuō)再熟悉不過(guò)了，話(huà)不多說(shuō)，先上兩個(gè)片段：

視頻中，那姿勢、那動(dòng)作，流暢自然，早已看呆鎂客君。

但電影終究是電影，讓我們回到現實(shí)中，真正的“變形金剛”是下面這樣的：

視頻看完，第一感受是電影里都是騙人的。但是，其實(shí)現實(shí)中的技術(shù)也還不錯，畢竟有這樣一輛炫酷的車(chē)或是飛機，還是足以讓阿姨看呆。

正題：技術(shù)的局限性

現在我們轉入正題，不知道大家有沒(méi)有注意到，現實(shí)中的“變形金剛”，專(zhuān)業(yè)角度上看也就是一個(gè)機器人，本質(zhì)上是一款智能的系統，在直觀(guān)感受上，它是遲鈍的。其實(shí)關(guān)于這一方面的研究，在科學(xué)界也早已不是新鮮的話(huà)題，但研究的成果卻一直沒(méi)有達到理想中的“智能”效果，所以大家將電影和現實(shí)對比來(lái)看才會(huì )有巨大的心理反差。

這里沒(méi)有實(shí)現真正意義上智能的原因在于——機器人變形系統現有的技術(shù)水平局限于兩個(gè)方面：一是通過(guò)一個(gè)中央“神經(jīng)系統”來(lái)控制其他機器人單元，但其拓展能力有限；二是每個(gè)機器人單元自行運作，但只能在有限的范圍內用固定線(xiàn)路進(jìn)行物理連接。顯然，這兩種技術(shù)的思路和實(shí)現方式都無(wú)法讓機器人系統具有真正的靈活性和可拓展性。

突破：基于MNS的機器人

針對此方面研究，比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)的Marco Dorigo團隊開(kāi)發(fā)出了基于mergeable nervous system（MNS）的機器人，這一全新的系統打破了當前的技術(shù)瓶頸，讓機器人的合并、拆分動(dòng)作都更加靈活流暢。此外，該機器人系統還具有自我修復性。

首先，我們先來(lái)直觀(guān)感受下它們按任務(wù)和場(chǎng)景要求迅速組隊和分離的靈敏度：

從視頻中可以看出，機器人該抱團就抱團、要分開(kāi)就分開(kāi)，從靈活度等方面來(lái)看，整體表現著(zhù)實(shí)不賴(lài)。

那具體機器人是怎么做到根據任務(wù)或環(huán)境需要來(lái)重新構建和配置自己的呢？

達到視頻中效果最核心的因素還是這個(gè)稱(chēng)為MNS的系統。

首先，我們先來(lái)認識下目前現有的系統，即傳統的機器人神經(jīng)系統。這一系統的實(shí)現，簡(jiǎn)言之，就是設計人員先選擇信號和決策架構，其中傳感器和執行器連接到中央處理單元，以控制機器人整合感覺(jué)輸入和協(xié)調執行器。

但是，因為系統在設計上一開(kāi)始就要求研究人員設定好信號和決策架構，所以基于該系統的機器人一定是具有特定形態(tài)和特定功能的機器人，因此靈活性大大降低，也就使其少了“人味”。

而此款基于MNS的機器人，它是由一個(gè)或多個(gè)機器人單元（robotic units）組成，其中負責發(fā)出合并和拆分命令的叫做“大腦單元”（the brain unit），“大腦單元”通過(guò)連接Wi-Fi收集來(lái)自其他機器人單元的數據來(lái)決定如何行動(dòng)，如實(shí)現特定的合并或拆分任務(wù)。

此處，值得注意的是，當MNS機器人拆分成多個(gè)機器人模塊時(shí)，每個(gè)模塊都具備成為全新獨立機器人實(shí)體的“大腦單元”所需的全部知識。

當然，自然而然我們就會(huì )疑惑，在執行任務(wù)時(shí)，如何快速辨別出充當“大腦單元”角色的那個(gè)機器人單元呢？

據解釋?zhuān)捎贛NS這一系統被設計成了樹(shù)形結構，所以機器人中的根單元總能被明確地識別并用作“大腦單元”。

此外，機器人的每次合并和拆分都伴隨著(zhù)系統內部對“大腦單元”變化信息的實(shí)時(shí)更新，所以整個(gè)過(guò)程不會(huì )太耗時(shí)。

接下來(lái)，我們來(lái)看下這個(gè)機器人怎么應對“零件”壞掉的情況：

視頻中，第一次，研究人員設定“大腦單元”壞掉，并設置了完成Y型的合并任務(wù)，實(shí)驗中，機器人單元在檢測到其有故障時(shí)先彼此進(jìn)行了拆分，接著(zhù)創(chuàng )建三個(gè)新的獨立的MNS機器人，這時(shí)候每個(gè)機器人都有自己的“大腦單元”，最后三個(gè)新機器人相互合并，形成新的“大腦單元”，完成Y型任務(wù)。

在第二次實(shí)驗中，研究人員設置了一個(gè)有故障的機器人單元。這種情況下，包含故障單元的部分與MNS機器人分離，隨后，“大腦單元”又召喚了兩個(gè)新的機器人單元以恢復原來(lái)的樣子。

最后，我們來(lái)通過(guò)視頻感受下系統作為整體對入侵者的態(tài)度：

如視頻中，如果傳感器感應到外部有LED燈光刺激的話(huà)，“大腦單元”會(huì )向其他機器人單元發(fā)出合并或者拆分的執行指令，然后它們將進(jìn)行坐標轉換來(lái)協(xié)調空間位置。

如果信息傳遞有延遲，執行器不會(huì )在機器人單元剛接收到指令時(shí)就立即執行，而是等指令傳遞到所有單元之后再統一行動(dòng)。

總結

對于該機器人的未來(lái)改進(jìn)，Dorigo團隊介紹說(shuō)：“目前研究存在的主要局限是仍然需要對所有的機器人進(jìn)行編程，只有這樣才能準確地告訴它們該如何合并。團隊下一步要做的就是融入AI，讓每個(gè)機器人單元進(jìn)行自主學(xué)習。”

此外，他們還計劃將MNS的概念擴展到可重新配置的模塊化機器人，使其能在三維空間里運行，并且具備更高的柔性和適應性。

期待未來(lái)該技術(shù)的成熟會(huì )讓機器人擁有更加炫酷的表現。若您對技術(shù)十分感興趣，可以點(diǎn)下面了解詳情。

https://www.nature.com/articles/s41467-017-00109-2

最后，記得關(guān)注微信公眾號：鎂客網(wǎng)（im2maker），更多干貨在等你！