自我转换机器人块跳跃，旋转，翻转，并相互识别

成群的简单的、相互作用的机器人有潜力解锁隐秘的能力来完成复杂的任务。然而，让这些机器人实现真正的蜂窝式协调思维已经被证明是一个障碍。

为了改变这一现状，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的一个团队想出了一个惊人的简单方案:自动组装机器人立方体，它们可以爬上爬下，绕着彼此旋转，在空中跳跃，在地面上滚动。

在项目第一次迭代6年后，机器人现在可以在模块的每个面上使用类似条形码的系统进行“通信”，允许模块识别彼此。由16个方块组成的自主舰队现在可以完成简单的任务或行为，如排成一条线，跟随箭头，或追踪灯光。

在每个模块“m块”是一个飞轮，以每分钟2万转的速度移动，当飞轮制动时利用角动量。每边和每面都有永磁体，可以让任意两个立方体相互连接。

尽管这些立方体不像电子游戏《我的世界》(Minecraft)中的立方体那样容易操作，但该团队设想了在灾难响应和救援方面的强大应用。想象一下，一座着火的建筑，楼梯消失了。在未来，你可以简单地把m型积木扔到地上，看着他们搭建临时楼梯，爬上屋顶或下到地下室去营救受害者。

麻省理工学院教授兼CSAIL主任Daniela Rus说:“M代表运动、磁铁和魔法。”“‘运动’，因为立方体可以通过跳跃来移动。“磁铁”，因为这些立方体可以用磁铁连接到其他立方体，一旦连接起来，它们就可以一起移动，连接起来组装结构。‘魔法’，因为我们没有看到任何移动的部分，而这个立方体似乎是由魔法驱动的。”

除了救灾之外，研究人员还设想将这些积木用于游戏、制造和医疗保健等领域。

“我们的方法的独特之处在于它便宜、健壮，而且可能更容易扩展到一百万个模块，”CSAIL的博士生John Romanishin说，他是关于该系统的一篇新论文的主要作者。m块可以以一般的方式移动。其他机器人系统的运动机制要复杂得多，需要走很多步，但我们的系统更具可扩展性和性价比。”

罗曼尼辛与罗斯和密歇根大学的本科生约翰·马米什共同撰写了这篇论文。他们将于十一月在澳门举行的IEEE智能机器人与系统国际会议上发表有关m块的论文。

以前的模块化机器人系统通常使用称为外部执行器的小机械臂的单元模块来处理运动。即使是最简单的动作，这些系统也需要大量的协调，一次跳跃需要多个命令。

在通信方面，其他尝试包括使用红外光或无线电波，这可能很快变得笨拙:如果你在一个小区域有很多机器人，它们都试图互相发送信号，这会打开一个混乱的冲突和混乱的渠道。

当一个系统使用无线电信号进行通信时，当一个小体积中有许多无线电信号时，这些信号会相互干扰。

早在2013年，该团队就构建了m – block的机制。他们创造了六面立方体，利用所谓的“惯性力”来移动。这意味着，除了使用移动的手臂来帮助连接结构外，这些模块内部有一个质量，它们“扔”在模块的一侧，导致模块旋转和移动。

当放置在六个面中的任何一个面上时，每个模块可以向四个基本方向移动，从而产生24个不同的移动方向。没有伸出来的小胳膊和附属物，它们更容易免受伤害，避免碰撞。

知道团队已经解决了物理障碍之后，关键的挑战仍然存在:如何使这些数据集通信并可靠地标识相邻模块的配置?

Romanishin提出了一种算法来帮助机器人完成简单的任务，或者说是“行为”，这让他们想到了一个类似条形码的系统，在这个系统中，机器人可以感知它们所连接的其他块的身份和面孔。

在一个实验中，研究小组让这些模块从一个随机的结构变成一条线，他们观察这些模块是否能确定它们相互连接的具体方式。如果它们不是，它们就必须选择一个方向，并朝那个方向滚动，直到走到这条线的末端。

从本质上讲，这些块使用了它们如何相互连接的配置来引导它们选择移动的动作——90%的m块成功地进入了一条直线。

该团队指出，构建电子设备非常具有挑战性，尤其是在试图将复杂的硬件安装到如此小的一个包中时。为了使M-Block集群成为更大的现实，该团队希望越来越多的机器人能够制造出更大的集群，并为各种结构提供更强的能力。

该项目部分得到了美国国家科学基金会(National Science Foundation)和亚马逊机器人(Amazon Robotics)的支持。