在外太空造飞机造飞船！快来看美国的黑科技到了什么程度！

在当今的制造业中，商用飞机的部件通常会在不同的工厂分节制造，然后被空运到中央工厂进行最终组装。想象一下如果所有部件的组装可以在一个地方完成，并由大量微小且相同的零件组成整个飞机，那会是什么样的场景呢？这时候，一群微型机器人组成的团队就可以大显身手了！

这正是麻省理工学院比特与原子中心（CBA）的研究生本杰明·杰内特与尼尔·格申菲尔德教授合作研究的愿景。他们已经走到了这样一个地步，即机器人原型已经可以组装小型结构，甚至可以作为团队一起构建更大的组装任务。这项新研究已经发表在《IEEE机器人与自动化快报》上。

这篇论文的亮点在于，它结合了顶尖的机械设计和令人惊叹的演示，展示了新型机器人硬件和一个包含超过100,000个元素的模拟仿真套件。休斯顿大学电气与计算机工程副教授亚伦·贝克尔表示：“阅读这篇论文是一种享受。”

这项技术的核心是一种新型的机器人技术，被称为相对机器人。传统的机器人技术往往分为两类：一类是专为特定应用（如工厂组装）定制的昂贵组件，另一类则是大量生产、性能较低的模块。这种新型机器人介于两者之间，既比前者简单得多，又比后者强大得多。它们有可能彻底改变从飞机到桥梁再到建筑物的生产流程。

这种新型机器人的关键在于它们与所处理和操纵的材料之间的关系。据格申菲尔德教授介绍，这些机器人无法与结构分离，它们作为一个系统协同工作。例如，与传统的移动机器人需要精确导航系统不同，新的组装机器人只需跟踪它们相对于当前正在工作的子像素的位置。每次踏入新的像素时，它们都会根据所处的特定组件重新调整自己的位置感。

文章的潜在愿景是，就像可以通过屏幕上的像素阵列复制最复杂的图像一样，几乎任何物理对象都可以被视为较小的三维碎片或体素的阵列进行重建。该团队展示了如何布置这些简单的组件来有效地分配负载，从而使它们能够完成大型工程。这些机器人使用简单的组装器将单元拾起并放置在相邻位置，然后使用体素内置的闩锁系统将其固定在一起。

图片显示两个正在工作的原型组装机器人，它们将一系列称为体素的小单元组装成较大的结构。这些机器人就像拥有两个长节的简单机械臂，每个末端都配备有用于夹持在体素结构上的设备。这些设备能够像蠕虫一样四处移动，通过反复打开和关闭其V形主体从一个位置移到另一个位置，沿着排列好的体素前进。Jenett将其称为向电影机器人WALL-E致敬的小型机器人BILL-E，代表Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer。

Jenett已经构建了几种验证设计的组装器以及具有锁定机制的相应体素设计。他使用这些原型展示了将块组装成线性、二维和三维结构的过程。他说：“我们并没有在机器人中增加精度——精度来自结构。”与传统的机器人不同，这些机器人只需要知道下一步的行动计划。

格申菲尔德教授表示，在组装零件时，每个微型机器人都可以计算出其在结构上的位置。除了导航之外，这还可以使机器人在每个步骤中纠正错误，从而大大简化了典型的机器人系统的复杂性。他说：“这些机器人缺少大多数常用的控制系统，但它们知道自己在结构中的位置。”对于实际的组装应用，由于Abdel-Rahman开发的控制软件可以使大量机器人协同工作以加快流程，因此这些机器人可以协调工作并避免彼此干扰。在一张引人入胜的图片中，我们看到一位组装机器人在辛勤工作，它在上下两个方向分别承载着一个结构单元，构建一座正在施工的大型结构。这幅图像由摄影师Jenett捕捉并为我们展示了前沿科技的力量。

这种创新的机器人系统，如同孩子们用乐高积木搭建宏伟城堡一样，通过简单的子单元构建大型结构，已经引起了众多行业巨头的浓厚兴趣和热烈关注。美国宇航局、麻省理工学院的研究合作伙伴以及欧洲航空航天领域的领军企业空中客车公司纷纷对该研究给予资助和支持。

该组装方式的一大优势在于，其维修过程与组装过程一样便捷。一旦结构中的某部分受损，可以通过相同的机器人工艺轻松拆卸并替换新的部件，确保结构的稳固性。正如Gershenfeld所言：“拆建与组装同等重要。”随着技术的不断进步，该系统还可以用于对结构进行修改或升级。

Jenett设想了一个令人惊叹的未来场景：在空间站或月球栖息地中，这些机器人将如同勤劳的工匠，不断地对这些结构进行维护和修复。Gershenfeld更是展望了宏大的蓝图，这种系统最终将被用于建造整个建筑物，特别是在太空、月球或火星等极端环境中。无需再耗费巨资将大型预组装结构从地面运送到太空，取而代之的是发送大批微小的子单元，甚至可以使用在目的地现场将这些子单元组装成型的系统。格申菲尔德铿锵有力地说：“如果你能制造大型喷气式飞机，那么你就能建造建筑物。”

尽管德国Technical University操作系统和计算机网络研究所的所长桑德尔·费克特博士并未参与此项工作，但他对这项研究表示了由衷的赞赏和钦佩。他认为这种超轻数字材料为构建高效复杂的系统提供了全新的视角，并在大型结构和航空航天领域具有巨大的应用潜力。

实现这样的系统仍然是一个巨大的挑战。费克特表示他计划加入研究团队以进一步开发先进的控制系统。他强调：“使用小型和简单的机器人有望带来下一个突破。机器人不会感到疲劳或无聊，而使用许多微型机器人似乎是完成这项关键任务的唯一方法。”在这一探索之旅中，Gershenfeld满怀信心地表示：“我们正在踏入混合材料机器人系统的新领域。”