即使機(jī)器人在我們世界的不同地方變得越來越普遍，它們?nèi)匀浑y以制造。從設(shè)計(jì)和建模到制造和測試，這個(gè)過程既緩慢又昂貴：即使是一個(gè)小的變化也可能意味著需要幾天或幾周的時(shí)間來重新思考和修改重要的硬件。

但如果有辦法讓非專家制作不同的機(jī)器人設(shè)計(jì) - 一次坐下怎么辦?

麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)的研究人員正在接近這樣做。在一篇新論文中，他們提出了一個(gè)名為“Interactive Robogami”的系統(tǒng)，它可以讓您在幾分鐘內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人，然后在短短四個(gè)小時(shí)內(nèi)進(jìn)行3D打印和組裝。

該系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵特征是它允許設(shè)計(jì)師確定機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)(“步態(tài)”)和形狀(“幾何形狀”)，這種能力通常在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中分離。

“設(shè)計(jì)機(jī)器人通常需要只有機(jī)械工程師和機(jī)器人專家才具備的專業(yè)知識，”博士生和共同主要作者Adriana Schulz說。“令人興奮的是，我們創(chuàng)造了一種工具，允許臨時(shí)用戶通過向他們提供專業(yè)知識來設(shè)計(jì)他們自己的機(jī)器人。”

該論文發(fā)表在新一期的國際機(jī)器人研究雜志上，由博士研究生Cynthia Sung和麻省理工學(xué)院教授Wojciech Matusik和Daniela Rus共同領(lǐng)導(dǎo)。

其他合著者包括博士生Andrew Spielberg，前碩士生趙薇，前本科生Robin Cheng和哥倫比亞大學(xué)教授Eitan Grinspun。(Sung現(xiàn)在是賓夕法尼亞大學(xué)的助理教授。)

這個(gè)怎么運(yùn)作

3D打印改變了人們將想法轉(zhuǎn)化為真實(shí)物體的方式，使用戶能夠擺脫更傳統(tǒng)的制造業(yè)。盡管有這些發(fā)展，但目前的設(shè)計(jì)工具仍然存在空間和運(yùn)動(dòng)限制，并且在理解各種細(xì)微差別方面存在著陡峭的學(xué)習(xí)曲線。

交互式Robogami旨在更加直觀。它使用模擬和交互式反饋與算法進(jìn)行設(shè)計(jì)組合，使用戶可以專注于高級概念設(shè)計(jì)。用戶可以從包含50多種不同身體，輪子，腿和“外圍設(shè)備”的庫中進(jìn)行選擇，以及選擇不同的步驟(“步態(tài)”)。

重要的是，系統(tǒng)能夠保證設(shè)計(jì)實(shí)際上是可行的，分析諸如速度和穩(wěn)定性等因素來提出建議并確保例如用戶不會(huì)創(chuàng)建如此頭重腳輕以至于無法移動(dòng)的機(jī)器人沒有翻倒。

設(shè)計(jì)完成后，機(jī)器人就會(huì)被制造出來。該團(tuán)隊(duì)的折紙靈感“3D打印和折疊”技術(shù)涉及將設(shè)計(jì)打印為連接處的平面，然后將設(shè)計(jì)折疊成最終形狀，結(jié)合2D和3D打印的最有效部分。

“3D打印可以讓您打印復(fù)雜，剛性的結(jié)構(gòu)，而2D制作可以為您提供輕巧但結(jié)實(shí)的結(jié)構(gòu)，可以快速生產(chǎn)，”Sung說。“通過3D打印2D圖案，我們可以利用這些優(yōu)勢，用輕質(zhì)材料開發(fā)強(qiáng)大，復(fù)雜的設(shè)計(jì)。”

結(jié)果

為了測試該系統(tǒng)，該團(tuán)隊(duì)使用了8名受試者，他們接受了20分鐘的訓(xùn)練，并要求執(zhí)行兩項(xiàng)任務(wù)。

一項(xiàng)任務(wù)涉及在短短十分鐘內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)移動(dòng)，穩(wěn)定的汽車設(shè)計(jì)。在第二項(xiàng)任務(wù)中，用戶被給予機(jī)器人設(shè)計(jì)并被要求創(chuàng)建軌跡以在最少的旅行時(shí)間內(nèi)通過障礙物路線導(dǎo)航機(jī)器人。

該團(tuán)隊(duì)共制造了六個(gè)機(jī)器人，每個(gè)機(jī)器人設(shè)計(jì)需要10到15分鐘，打印需要3到7個(gè)小時(shí)，裝配需要30到90分鐘。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，他們的3D打印折疊方法將打印時(shí)間減少了73%，使用的材料減少了70%。機(jī)器人還展示了廣泛的運(yùn)動(dòng)，例如使用單腿行走，使用不同的步驟順序，同時(shí)使用腿和輪子。

“你可以快速設(shè)計(jì)一個(gè)可以打印出來的機(jī)器人，這將有助于你快速，輕松，廉價(jià)地完成這些任務(wù)，”Sung說。“讓每個(gè)人都設(shè)計(jì)并制造自己的機(jī)器人，這降低了障礙。”

Rus希望人們能夠使用機(jī)器人來幫助完成日常任務(wù)，而采用快速打印技術(shù)的類似系統(tǒng)將能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的大規(guī)模定制和生產(chǎn)。

“這些工具為教授計(jì)算思維和創(chuàng)造提供了新的方法，”Rus說。“學(xué)生們不僅可以通過編碼和制作自己的機(jī)器人來學(xué)習(xí)，還可以通過創(chuàng)造關(guān)于他們的機(jī)器人實(shí)際可以做什么的概念性想法。”

雖然目前的版本側(cè)重于可以行走的設(shè)計(jì)，但團(tuán)隊(duì)希望將來機(jī)器人能夠飛行。另一個(gè)目標(biāo)是讓用戶能夠進(jìn)入系統(tǒng)并根據(jù)其可以執(zhí)行的任務(wù)來定義機(jī)器人的行為。

“該工具可以在設(shè)計(jì)過程的早期階段快速探索動(dòng)態(tài)機(jī)器人，”迪士尼研究的研究科學(xué)家莫里茨·貝徹說，他沒有參與這項(xiàng)研究。“專家根據(jù)約束和組成規(guī)則定義了構(gòu)建模塊，并為非專家制作復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)鋪平了道路。該系統(tǒng)可能會(huì)激發(fā)針對更復(fù)雜機(jī)器人的計(jì)算設(shè)計(jì)的后續(xù)工作。”