當今的商用飛機通常是分節(jié)制造的，通常是在不同的位置制造，一個工廠的機翼，另一個工廠的機身部分，其他地方尾翼部件，然后把這些空運到大型貨運飛機的中央工廠進行最終組裝。
但是，如果裝配需要在一個地方完成，而整個飛機是由大量細小的相同零件組成，那該怎么辦呢？把他們?nèi)坑梢蝗何⑿?strong>機器人組成的團隊就好了！
這正是麻省理工學(xué)院比特與原子中心（CBA）的研究生本杰明·杰內(nèi)特（Benjamin Jenett）與尼爾·格申菲爾德（Neil Gershenfeld）教授合作的博士論文所追求的愿景。現(xiàn)在已經(jīng)到了這樣一個地步，這種機器人的原型版本可以組裝小的結(jié)構(gòu)，甚至可以作為一個團隊一起構(gòu)建更大的組裝。
這項新工作發(fā)表在10月號的《 IEEE機器人與自動化快報》上，該論文由Jenett，Gershenfeld，研究生Amira Abdel-Rahman和CBA校友Kenneth Cheung SM '07博士撰寫。12年級的肯尼斯?張現(xiàn)在在NASA的艾姆斯研究中心工作，他領(lǐng)導(dǎo)ARMADAS項目設(shè)計可以用于機器人組裝建造的月球基地。
休斯頓大學(xué)電氣與計算機工程副教授亞倫·貝克爾（Aaron Becker）說：“讀這篇論文是一種享受。”它結(jié)合了一流的機械設(shè)計和令人瞠目結(jié)舌的演示，新的機器人硬件，以及一個超過100000個元素的模擬仿真套件，”他說。
圖片來源：麻省理工學(xué)院
“這的核心是一種新型的機器人技術(shù)，我們稱之為相對機器人，”Gershenfeld說。他解釋說，從歷史上看，機器人技術(shù)分為兩大類：一類是由昂貴的定制組件制成的，這些組件針對諸如工廠組裝之類的特殊應(yīng)用進行了精心優(yōu)化，而另一類則是由廉價，批量生產(chǎn)且性能低得多的模塊制成。但是，新的機器人可以替代這兩種機器人。它們比前者要簡單得多，但要比后者要強大得多，并且它們有可能徹底改變大型系統(tǒng)的生產(chǎn)，從飛機到橋梁再到整個建筑物。
根據(jù)Gershenfeld的說法，關(guān)鍵區(qū)別在于機器人設(shè)備與其所處理和操縱的材料之間的關(guān)系。他說，有了這些新型的機器人，“你無法將機器人與結(jié)構(gòu)分離，它們可以作為一個系統(tǒng)協(xié)同工作。” 例如，盡管大多數(shù)移動機器人都需要高度精確的導(dǎo)航系統(tǒng)來跟蹤其位置，但是新的組裝機器人只需要跟蹤它們相對于當前正在工作的稱為子像素的小型子單元的位置。機器人每次踏入下一個像素時，都會始終根據(jù)其當前站立的特定組件重新調(diào)整其位置感。
文章潛在的愿景是，就像可以通過使用屏幕上的像素陣列來復(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或體素的陣列來重建，而這些三維碎片或體素可以自己制作簡單的支柱和節(jié)點。該團隊表明，可以布置這些簡單的組件來有效地分配負載，從而使得它們完成大型工程。它們主要由開放空間組成，因此結(jié)構(gòu)的總重量最小，可以通過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。
圖為兩個正在工作的原型組裝機器人，它們將一系列稱為體素的小單元組裝成一個較大的結(jié)構(gòu)。
圖片來源：Jenett
機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。這些簡單的設(shè)備像蠕蟲一樣四處移動，通過反復(fù)打開和關(guān)閉其V形主體從一個移到另一個，沿著一排體素前進。Jenett稱其為小型機器人BILL-E（向電影機器人WALL-E致敬），它代表Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer。
Jenett已構(gòu)建了幾種版本的組裝器作為概念驗證設(shè)計，以及具有鎖定機制的相應(yīng)體素設(shè)計，可以輕松地將每個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)的過程。Jenett說：“我們并沒有在機器人中增加精度——精度來自結(jié)構(gòu)”。“這不同于所有其他機器人，機器人維修，它只需要知道下一步是什么。”
CBA負責人Gershenfeld說，庫卡機器人，在組裝零件時，每個微型機器人都可以算出其在結(jié)構(gòu)上的階數(shù)。他說，除了導(dǎo)航之外，這還使機器人可以在每個步驟中糾正錯誤，從而消除了典型機器人系統(tǒng)的大部分復(fù)雜性。“它缺少大多數(shù)常用的控制系統(tǒng)，但只要不遺漏任何步驟，它就知道它在哪里。” 對于實際的組裝應(yīng)用，由于由Abdel-Rahman開發(fā)的控制軟件可以使大量機器人協(xié)同工作以加快流程，因此機器人可以協(xié)調(diào)工作并避免彼此干擾。
圖片序列顯示了一個組裝機器人在工作，在一個正在施工的結(jié)構(gòu)的另一側(cè)上方和下方承載一個結(jié)構(gòu)單元。
圖片來源：Jenett
這種使用簡單的機器人系統(tǒng)由相同子單元組裝大型結(jié)構(gòu)的方法，就像孩子從樂高積木中組裝大型城堡一樣，已經(jīng)引起了一些主要潛在用戶的興趣，包括美國宇航局，麻省理工學(xué)院的這項研究合作者以及歐洲航空航天公司空中客車公司（Airbus SE）也幫助贊助了這項研究。
這種組裝的一個優(yōu)點是可以通過與初始組裝相同的機器人工藝輕松地進行維修。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)一樣堅固的結(jié)構(gòu)。Gershenfeld說：“拆建與拆建同等重要。”隨著時間的流逝，該過程還可用于對系統(tǒng)進行修改或改進。
Jenett說：“對于空間站或月球棲息地，這些機器人將居住在結(jié)構(gòu)上，不斷對其進行維護和修理。”Gershenfeld說，最終，這種系統(tǒng)可以用來建造整個建筑物，特別是在太空，月球或火星等困難環(huán)境中。這可以消除從地面一直運送大型預(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，也可以使用可以在最終目的地將這些子單元搖出來的系統(tǒng)，從本地材料中將其制成。格申菲爾德說：“如果您可以制造大型噴氣式飛機，那么您可以制造建筑物。”