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構

麻省理工學院博士生本傑明·傑內特（Benjamin Jenett）和原子中心的尼爾·格申費爾德教授（Neil Gershenfeld）在《電氣電子工程師學會機器人與自動化快報》科學期刊上發表報告稱，開發出一種組裝機器人原型，它可以用很小的零件製成大型結構。這種小型機器人系統可能有一天會建造從飛機到太空定居點的高效能結構。

麻省理工學院博士生本傑明·傑內特

以飛機制造為例，現在的商用飛機一般是分節制造的，通常是在不同的位置製造–一個工廠的機翼，另一個工廠的機身部分，其他地方的尾翼部件–然後空運到大型貨運飛機的中央工廠進行最終組裝。但是，如果最後的裝配是唯一的裝配，而整個飛機是由大量細小的相同零件組成，並且全部由一群微型機器人組成的，那該怎麼辦呢？組裝機器人的原型版本可以解決這種難題，它可以組裝小型結構，甚至可以作為一個團隊一起構建更大的元件。

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構的另一側上方和下方承載一個結構單元

休斯敦大學電氣與計算機工程副教授亞倫·貝克爾（Aaron Becker）說：“這種機器人結合了一流的機械設計，令人歎為觀止的演示，它的硬體包含超過100000個元素的模擬套件。其核心是一種我們稱為相對機器人的技術。”

從歷史上看，機器人技術分為兩大類：一類是由昂貴的定製元件製成的，這些元件針對諸如工廠組裝之類的特殊應用進行了精心優化，而另一類則是由廉價，批量生產且效能低得多的模組製成。但是，麻省理工學院科學家開發的這種新機器人可以替代這兩種機器人。它比第一種機器人要簡單得多，而且要比後者要強大得多，並且它有可能徹底改變大型系統的生產，從飛機到橋樑再到整個建築物。

格申費爾德教授表示，核心區別在於機器人裝置與其所處理和操縱的材料之間的關係。有了這些新型的機器人，無法將機器人與結構分開，它們可以作為一個系統協同工作。” 比如，儘管大多數移動機器人都需要高度精確的導航系統來跟蹤其位置，但是新的組裝機器人只需要跟蹤它們相對於當前正在工作的稱為子畫素的小型子單元的位置。機器人每踏入下一個體素時，都會始終根據其當前站立的特定元件重新調整其位置感。

這樣做的一個好處是，就像可以通過使用螢幕上的畫素陣列來複制最複雜的影象一樣，幾乎任何物理物件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製作簡單的支柱和節點。

該團隊證明，可以佈置這些簡單的元件來有效地分配負載。它們主要由開放空間組成，因此結構的總重量最小。可以通過簡單的組裝器將這些單元拾起並放置在彼此相鄰的位置，然後使用內建在每個體素中的閂鎖系統將其固定在一起。

機器人本身就像一個小臂，中間有兩個長節，兩個長節鉸接在一起，每個末端都有用於夾持在體素結構上的裝置。這些簡單的裝置像蠕蟲一樣四處移動，通過反覆開啟和關閉其V形主體，從一個移到另一個，沿著一排體素前進。傑內特稱其為小型機器人BILL-E（雙足各向同形運動探測器）。

傑內特已構建了幾種版本的組裝器作為概念驗證設計，以及具有鎖定機制的相應體素設計，可以輕鬆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，二維和三維結構的過程。他說：“我們沒有把精度放在機器人上，精度來自結構，因為它逐漸成形。這不同於所有其它機器人。它只需要知道下一步在哪裡。”

格申費爾德教授說，在組裝零件時，每個微型機器人都可以算出其在結構上的臺階數。他說，除了導航之外，這還使機器人可以在每個步驟中糾正錯誤，從而消除了傳統機器人系統的大部分複雜性。他說：“它缺少了大多數常用的控制系統，但是隻要不遺漏任何步驟，它就知道它在哪裡。”對於實際的裝配應用，由於這些元件的大量出現，它們可以一起工作以加快過程。 科學家還開發的控制軟體，可以使機器人協調工作並避免互相干擾。

這種使用簡單的機器人系統、由相同子單元組裝大型結構的方法，就像小孩子從樂高積木中組裝大型城堡一樣，已經引起了一些潛在使用者的興趣，包括美國宇航局，空中客車公司贊助了這項研究。

這種組裝機器人的一個優點可以通過與初始組裝相同的機器人工藝輕鬆地進行維修。損壞的部分可以從結構上拆卸下來，並用新的部分替換，從而產生與原始結構一樣堅固的結構。格申費爾德教授說：“拆建與建造同等重要。”隨著時間的流逝，這一設計還可用於對系統進行修改或改進。對於空間站或月球棲息地，這些機器人將居住在結構上，不斷對其進行維護和修理。

格申費爾德教授認為，最終，這種系統可以用來建造整個建築物，特別是在太空，月球或火星等困難環境中。它可以消除從地面一直運送大型預組裝結構的需要。取而代之的是，可以傳送大批微小的子單元，或使用可以在最終目的地，利用當地材料將這些子單元製造出來的系統。

德國不倫瑞克工業大學作業系統和計算機網路研究所所長桑德爾·費克特（Sandor Fekete）說：“諸如此類的超輕數字材料為構建高效，複雜的系統提供了令人驚歎的方法。大型結構在航空航天應用中至關重要。”

但費克特認為，組裝這樣的系統是一個挑戰，他計劃加入麻省理工學院的研究團隊，以進一步開發控制系統。

費克特說：“這是使用小型和簡單的機器人有望帶來下一個突破的地方：機器人不會感到疲勞或無聊，而使用許多微型機器人似乎是完成這一關鍵任務的唯一方法。傑內特的團隊所做的這項極其原始而巧妙的工作，使人們朝著動態調節飛機機翼，製造巨大的太陽帆乃至可重構太空棲息地邁出了一大步。”

格申費爾德教授表示：“在此過程中，我們覺得自己正在探索混合材料機器人系統的新領域。”