|
最近，哥伦比亚大学和麻省理工（MIT）计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的研究人员合作，制造出一种前所未有的仿生物细胞群体机器人。这种新型机器人由许多松散耦合的简单组件（即“粒子”）组成，每个粒子不能独立运动，只能轻微伸展或收缩，但组合在一起就可以实现自主运动。该机器人不受限于单个粒子的故障，未来还有可能实现自主变形。研究结果于3月20发表在《自然》杂志。 现有机器人与人类存在关键的系统差异 机器人翻译自英文“robot”，是指可以自动执行工作的机器装置。这个定义更强调的是机器人的功能性而非外型。广义的机器人包括工业机器人（如机械臂等）和特种机器人（除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种机器人总称）。 模仿生物外型、神态和动作，从事生物特点工作的机器人统称为仿生机器人。仿生机器人往往是最受专注的一类机器人，事实上，聪明的人类早已经可以制造各种可走、可跑、可爬的仿生机器人。  波士顿机械狗BigDog；图片来源于网络然而，即便是像波士顿机器人Atlas那样能够完成跑、跳、开门、后空翻等各种动作，甚至即便它最终拥有了高水平的人工智能，也与人存在着巨大的系统差异：人类是一个生物系统，而机器人是一个机械系统。  后空翻的波士顿机器人Atlas；图片来源于网络不妨思考一下。人体的基本组成单元是细胞，一个成年人约有40万亿~60万亿个细胞，这些细胞无法独自移动，本身功能也非常简单。但这些细胞集合起来，加上有神经系统的“指挥”，有消化系统来生产营养和能量，有血液系统给细胞输送营养和能量，有免疫系统帮助消灭入侵的“敌人”，一个强大的生物系统就诞生了。这个系统可以协调实现走、跑、跳甚至自主思考等各种功能，还能够进行自我调节和自我修复。 如果少量细胞死掉了，不仅不会影响到系统的整体运行，甚至还会产生新的细胞进行修复。例如，人骨折之后，通过固定两段骨头，最终会骨头之间的裂缝会慢慢愈合，最终痊愈。而机械系统某个部件的断裂则是永久的，往往需要依靠外界力量（通常是人）来更换部件才能够保证系统的正常运行。 仿生物细胞群体机器人诞生：不受制于部件 一个多世纪以来，人们一直试图制造出有自主意识的机器人，但这些机器不能像生物那样生长、愈合伤口或从伤害中恢复。科学家们一直致力于开发出真正意义上的仿生机器人，不仅要看起来像一个生物，而且要把它构建成生物系统，用简单的基础部件创造出具有复杂功能的机器人。这类机器人将不受制于部件，即便有部分部件失灵，也能正常工作。 想要构造生物系统，首先要制造细胞单元。2019年3月20日，来自哥伦比亚大学和麻省理工学院（MIT）计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的研究人员在《自然》杂志上合作发表文章称，他们造出一类前所未有的仿生物细胞群体机器人，成功地迈出了第一步。 这种新型机器人由许多松散耦合的简单组件（即“粒子”）组成，每个粒子不能独立运动，只能轻微伸展或收缩，但组合在一起，就可以实现机器人的自主运动。来自中国的学者、哈佛大学与麻省理工学院的博士后李曙光，是该研究的共同作者之一。  仿生物细胞群体机器人的自主运动动图；图片来源于网络“我们的机器人没有采用集中控制方式，也不存在单点故障的问题。”本文通讯作者Lipson说，“它目前还比较初级，但我们知道这类机器人是可以存在的，甚至有可能解释细胞的运动。”  单个粒子机器人的伸缩；图片来源于网络在试验中，研究人员赋予了这些粒子光敏感性。靠近光源的粒子处于更为明亮的光照下，因此会较早开始伸缩。各个粒子的伸缩相互协调，使得机器人内部产生一种波，这种波使它整体向光移动。因此，即使单个粒子不能独立运动，在波的推动下机器人也能进行整体移动。  仿生物细胞群体机器人向光运动；图片来源于网络研究团队又与哈佛大学威斯研究所和康奈尔大学合作，建立数学模型对这种机器人的运动进行了模拟。他们模拟了用成百上千的粒子进行大规模障碍规避、物体运输的情景，同时还展示了粒子机器人模型应对部件故障的能力。结果表明，即使20％的粒子停止工作，粒子机器人仍能以完整状态下75%的速度运行。  仿生物细胞群体机器人应对故障的模拟；图片来源于网络目前的粒子机器人尺寸还比较大，单个粒子直径达到15厘米，与细胞还有很大的差距。研究小组已经开始使用更多厘米级的粒子测试机器人系统，此外他们还在探索其他形式的粒子机器人，例如用对声音、光线或化学梯度做出反应的微珠来制造单个粒子。 思想有多远，机器人就能走多远 2010年印度上映了一部科幻电影《宝莱坞机器人之恋》，讲述一位天才科学家设计的智能机器人“七弟”被利用而变成了杀人机器的故事。片尾几场大规模鏖战的动作戏激爆眼球，其创意跟仿生物细胞群体机器人不谋而合。 电影中“七弟”产生了自我意识，并获得了自我复制的能力，于是他整合几十个分身升级为“变形金刚”，时而幻化成巨蟒吞噬直升机，时而组成巨人在高速公路与汽车火爆追逐。  “七弟”组成巨人展开战斗：图片来源于网络电影中的每一个“七弟”相当于该项研究中的单个粒子，这种粒子自由组合成不同形态机器人的可能，也是该项研究未来将会关注的一个重点方向。该研究的共同领导者、CSAIL主任Daniela Rus说，“在开发粒子机器人的过程中，我们面临的问题是：能否用不同的方式来排列这些粒子‘细胞’，从而根据不同的场景制造出不同的机器人？我们甚至可以赋予这些粒子机器人自主排列组合而改变形态的能力。例如，假如机器人需要从桌子上取一把螺丝刀，而距离太远拿不到，这时如果机器人可以重新排布粒子、让手臂变长，那么问题就可以得到解决。” 很显然，生物系统的细胞不会变换位置，无法实现自主排列组合而改变形态的能力，这是粒子机器人仿自生物系统又超越生物系统的地方。这些机器人受程序控制，利用其灵活的变换能力，原则上能够变成任何系统、实现任何功能，为人类生产生活带来便利。 人类的思想有多远，仿生机器人就能够走多远。我们很期待，仿生物细胞群体机器人将给人类带来的这场机器人革命。
| 
粤公网安备 44090202000008号 | 经营性ICP许可证号：粤B2-20170724 |
粤ICP备14043358号
发表于 2019-3-31 19:19