麻省理工学院科学家打造可在太空中改变形状的立方体机器人
如果您面临选择：是向太空派遣一群全尺寸的独立机器人，还是派遣一个由较小模块化机器人组成的大团队，您可以选择后者。
像电影《英雄之城》中那样的模块化机器人，因其自组装和重构能力而备受期待。但尽管它们在太空探索、搜救和变形等领域有着快速、可靠部署的宏大抱负，目前制造的模块化机器人仍然有些笨拙。
通常，它们由一组大而昂贵的发动机构成以便移动，这就需要在数量和规模上更加重视可扩展的架构。
麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（MIT CSAIL）的科学家们转而采用电磁学——即电流运动所产生的电磁场——以避免将笨重且昂贵的驱动器组装成独立模块。
相反，他们在立方体的边缘嵌入了小巧、易于制造且廉价的电磁铁，这些电磁铁可以相互排斥和吸引，使机器人能够旋转、相互移动，并快速改变形状。
ElectroVoxel的边长约为60毫米，其磁体由铁氧体磁芯（一种磁路元件，外形像一个小黑管）缠绕铜线构成，总成本仅为0.60美元。每个立方体内部都有微型印刷电路板和电子元件，可使电流以正确的方向通过正确的电磁铁。
与需要机械连接两个部件的传统铰链不同，ElectroVoxel完全无线，这大大简化了大规模系统的维护和生产。
为了更直观地呈现一组立方体在互动时的样子，科学家们使用了一款软件规划器，用于可视化重构过程并计算相应的电磁分布。用户只需点击几下鼠标即可操控多达一千个立方体，也可以使用预设脚本，这些脚本编码了多个连续的旋转动作。
该系统确实允许用户在合理范围内掌控这些方块的“命运”：可以调整速度、选择磁体并规划所需的运动以避免碰撞。您还可以让方块组成不同的形状，例如椅子或沙发。
小巧廉价的方块特别适合微重力环境，因为任何要发射进入轨道的结构都必须装进用于发射的火箭之中。在ElectroVoxel的初步测试之后，科学家们在失重飞行试验中观察到了真正的失重状态，这有助于改进太空探索工具，例如无需燃料的重构，或改变航天器的惯性特性。
例如，借助无燃料驱动，无需为重构额外携带燃料，从而解决了许多与发射质量和体积相关的问题。
因此，人们希望这种重构方法能够服务于未来诸多太空项目：通过多次发射来扩建或更换太空结构，为检查航天器和协助宇航员提供临时结构，以及未来可充当独立容器分拣器的立方体迭代版本。
“ElectroVoxel展示了如何设计一个完全可重构的系统，并向我们的科学界介绍了要实现轨道上功能齐全的模块化机器人系统所需解决的挑战。这项研究表明，构建、操作和维护电磁驱动的旋转立方体是多么简单，从而可以打造一个灵活、模块化且可重构的系统，为未来研究任务的智能组件开发提供启发”
为了让方块移动，它们必须遵循特定的顺序，就像一块块简单统一的俄罗斯方块。在这种情况下，极化顺序包括三个步骤：发射、移动和捕获，每个阶段都有一个移动立方体（用于移动）、起始立方体（移动立方体从此发射）和目标立方体（捕获移动立方体）。
软件用户可以指定让哪个立方体向哪个方向旋转，算法将自动计算所需的顺序以及电磁作用的地址（排斥、吸引或断开）。
至于未来的工作，将ElectroVoxel从太空转移到地球是自然的下一步，这需要对这些电磁铁进行更详细的建模和优化，以实现在地球重力条件下的重构。
“在建造大型复杂结构时，您不希望受到组装人员的可用性和经验、运输工具的尺寸或组装现场恶劣环境条件的限制。虽然这些原则在地球上是成立的，但对于在太空中建造物体而言非常重要。如果结构由简单统一的模块组装而成，您就可以消除许多此类问题。因此，尽管太空中的潜在优势尤为显著，但矛盾之处在于，微重力带来的有利动力学意味着其中一些问题实际上也更容易解决——在太空中，即使是微小的力也能推动大型物体移动。通过将这项技术应用于解决太空中现实的短期问题，我们希望也能开发出可在地球上使用的技术”
尼瑟与麻省理工学院CSAIL的程岚（Leon Cheng）、Yashaswini Makasaram，卡尔加里大学计算机科学副教授铃木里奥（Rio Suzuki）以及麻省理工学院教授斯蒂芬妮·穆勒（Stefanie Mueller）共同撰写了这篇论文。他们将于2022年国际机器人与自动化会议上介绍这项工作。该研究部分得到了麻省理工学院太空探索倡议的支持。
