組裝機(jī)器人用微小的零件建造大型結(jié)構(gòu)

馬薩諸塞州劍橋市-麻省理工學(xué)院(MIT)的工程師開發(fā)了一支由微型機(jī)器人組成的，這些機(jī)器人可以組裝大型的格子結(jié)構(gòu)，例如飛機(jī)機(jī)身或機(jī)翼。

麻省理工學(xué)院比特與原子中心主任尼爾·格申菲爾德(Neil Gershenfeld)說：“這的核心是一種新型機(jī)器人技術(shù)，我們稱之為相對機(jī)器人。” “從歷史上看，機(jī)器人技術(shù)有兩大類：一種是由昂貴的定制組件制成，這些組件針對特定的應(yīng)用(例如工廠組裝)進(jìn)行了精心優(yōu)化，而另一種則是由價格低廉，性能低得多的量產(chǎn)模塊制成。

“但是，新機(jī)器人可以替代這兩種機(jī)器人，”格申菲爾德說。“它們比前者要簡單得多，但要比后者要強(qiáng)大得多，并且它們有可能徹底改變大規(guī)模系統(tǒng)的生產(chǎn)，從飛機(jī)到橋梁再到整個建筑物。”

根據(jù)Gershenfeld的說法，關(guān)鍵區(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。他指出：“有了這些新型機(jī)器人，您就無法將機(jī)器人與結(jié)構(gòu)分離。” “他們作為一個系統(tǒng)一起工作。

“例如，盡管大多數(shù)移動機(jī)器人需要高度精確的導(dǎo)航系統(tǒng)來跟蹤其位置，但新型組裝機(jī)器人只需要跟蹤它們與當(dāng)前正在工作的稱為子像素的小型子單元相關(guān)的位置， ” Gershenfeld解釋道。“每次機(jī)器人踩到下一個體素時，它都會相對于當(dāng)前站立的特定組件重新調(diào)整其位置感。

“潛在的愿景是，就像可以通過在屏幕上使用像素陣列來復(fù)制最復(fù)雜的圖像一樣，幾乎任何物理對象都可以作為較小的三維碎片(體素)陣列來重建，由簡單的支柱和節(jié)點(diǎn)組成。” Gershenfeld補(bǔ)充說。

Gershenfeld和他的同事發(fā)現(xiàn)可以安排這些組件以有效地分配負(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^簡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)器人本身就像一個小臂，中間有兩個長節(jié)，兩個長節(jié)鉸接在一起，每個末端都有用于夾持在體素結(jié)構(gòu)上的設(shè)備。這些設(shè)備像蠕蟲一樣四處移動，通過重復(fù)打開和關(guān)閉其V形主體從一個移動到另一個，沿著一排體素前進(jìn)。

在組裝零件時，每個微型機(jī)器人都可以在結(jié)構(gòu)上計(jì)算其步數(shù)。與導(dǎo)航一起，這使機(jī)器人可以在每個步驟中糾正錯誤，從而消除了典型機(jī)器人系統(tǒng)的大部分復(fù)雜性。

“它缺少了大多數(shù)常用的控制系統(tǒng)，但是只要[機(jī)器人]不錯過任何一個步驟，它就知道它在哪里，” Gershenfeld說。“對于實(shí)際的組裝應(yīng)用，此類裝置可能會協(xié)同工作以加快這一過程。

“這種組裝的一個優(yōu)點(diǎn)是可以通過與初始組裝相同的機(jī)器人程序輕松地進(jìn)行維修和保養(yǎng)，” Gershenfeld說道。損壞的部分可以從結(jié)構(gòu)上拆卸下來，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)。隨著時間的流逝，該過程還可用于對系統(tǒng)進(jìn)行修改或改進(jìn)。”