2011年，麻省理工學(xué)院的一位名叫約翰·羅曼尼辛（John Romanishin）的學(xué)生向他的機器人學(xué)教授丹妮拉·魯斯（Daniela Rus）提出了一種模塊化機器人的新設(shè)計，她的老師說：“那不可能。”
兩年后，Rus向她的同事展示了康奈爾大學(xué)機器人研究員Hod Lipson的視頻，該視頻基于Romanishin的設(shè)計播放了原型機器人的視頻。利普森說：“那不可能。”
11月，Romanishin（現(xiàn)在是麻省理工學(xué)院計算機科學(xué)和人工智能實驗室（CSAIL）的研究科學(xué)家）和博士后Kyle Gilpin將一勞永逸地建立起來，他們將在會議上介紹他們的新型機器人的論文。
機器人被稱為M塊，是沒有外部活動部件的立方體。盡管如此，它們?nèi)阅軌蛳嗷ヅ逝溃诳罩刑S，翻越地面，甚至還可以從金屬表面倒吊下來移動。每個M塊內(nèi)部都有一個飛輪，其轉(zhuǎn)速可以達到每分鐘20,000轉(zhuǎn)。飛輪制動時，它將角動量傳遞給立方體。在M塊的每個邊緣以及每個面上，都巧妙地布置了永久磁鐵，該磁鐵允許任意兩個立方體相互連接。
電氣工程與計算機科學(xué)教授，CSAIL主任Rus說：“這是[模塊化機器人]社區(qū)長期以來一直在嘗試的事情之一。“ “我們只需要一個有創(chuàng)造力的見識，以及一個有足夠的熱情去堅持下去的人-盡管灰心喪氣。”
在此之前，讓一群群簡單的、相互作用的機器人有潛力釋放完成復(fù)雜任務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)，不過，庫卡機器人何服電機維修，要讓這些機器人實現(xiàn)真正的蜂巢式協(xié)調(diào)思維，已被證明是一個障礙。為了改變這種狀況，麻省理工學(xué)院計算機科學(xué)與人工智能實驗室（CSAIL）的一個團隊想出了一個令人驚訝的簡單方案：自動組裝的機器人立方體，可以在空中相互攀爬、跳躍和在地面上滾動。
雖然立方體不能像電子游戲“minecraft”中的立方體那樣容易操作，但該團隊設(shè)想了在災(zāi)難響應(yīng)和救災(zāi)方面的強大應(yīng)用。想象一下，一座燃燒的大樓，樓梯消失了，在未來，你可能會簡單地把M型塊扔在地上，看著它們建造一個臨時樓梯，用來爬上屋頂或下到地下室去營救遇難者。除了救災(zāi)，研究人員還設(shè)想將這些積木用于游戲、制造業(yè)和醫(yī)療保健等領(lǐng)域。
正如Rus解釋的那樣，研究可重構(gòu)機器人的研究人員長期以來一直使用一種稱為滑動立方體模型的抽象。在此模型中，如果兩個立方體面對面，則其中一個可以向上滑動另一個，而無需改變方向即可在其頂部滑動。
滑動立方體模型簡化了自組裝算法的開發(fā)，但是實現(xiàn)自組裝算法的機器人往往要復(fù)雜得多。例如，Rus的小組以前開發(fā)了一種名為Molecule的模塊化機器人，該機器人由兩個由一個成角度的桿連接的立方體組成，機器人維修，并具有18個獨立的電機。羅斯說：“當(dāng)時我們?yōu)橹械津湴痢?rdquo;
在項目第一次迭代六年后，機器人現(xiàn)在可以在塊的每個面上使用類似條形碼的系統(tǒng)相互“通信”，使模塊能夠相互識別。由16個塊組成的自治艦隊現(xiàn)在可以完成簡單的任務(wù)或行為，例如形成一條直線、跟隨箭頭或跟蹤燈光。
麻省理工學(xué)院的教授兼CSAIL主任丹尼拉·羅斯說：“M代表運動、磁鐵和魔法。”運動，因為立方體可以跳躍移動。磁鐵，“因為立方體可以用磁鐵連接到其他立方體，一旦連接起來，它們就可以一起移動，連接到組裝結(jié)構(gòu)上。”像是“魔法”！因為我們看不到任何移動的部分，立方體似乎是由魔法驅(qū)動的。
以前的模塊化機器人系統(tǒng)通常使用帶有小型機械臂（稱為外部執(zhí)行器）的單元模塊來處理運動。即使是最簡單的動作，這些系統(tǒng)也需要大量的協(xié)調(diào)，一次跳躍或跳躍需要多個命令。
在通信方面，其他的嘗試包括使用紅外線或無線電波，這會很快變得笨重：如果你在一個小范圍內(nèi)有很多機器人，它們都試圖互相發(fā)送信號，就會打開一個混亂的沖突和混亂通道。
團隊已經(jīng)解決了物理障礙，關(guān)鍵的挑戰(zhàn)仍然存在：如何使這些立方體通信并可靠地識別相鄰模塊的配置？Romanishin提出了一些算法，旨在幫助機器人完成簡單的任務(wù)，或者說“行為”，這讓他們產(chǎn)生了一個類似條形碼的系統(tǒng)的想法，在這個系統(tǒng)中，機器人可以感知他們連接到的其他塊的身份和面像。
在一個實驗中，KUKA機器人示教器維修，研究小組讓這些模塊從一個隨機結(jié)構(gòu)變成一條直線，他們觀察這些模塊是否能夠確定它們相互連接的具體方式。如果他們不這樣做，他們就必須選擇一個方向，然后朝那邊滾，直到最后到達終點。
基本上，這些塊使用它們彼此連接的配置來引導(dǎo)它們選擇移動的運動，90%的m塊成功地進入一條直線。該團隊指出，構(gòu)建電子產(chǎn)品是非常具有挑戰(zhàn)性的，特別是當(dāng)試圖將復(fù)雜的硬件安裝在如此小的封裝中時。為了使m-block蜂群成為一個更大的現(xiàn)實，該團隊希望越來越多的機器人能夠制造出更大的蜂群，具有更強的各種結(jié)構(gòu)的能力。
之前，為了彌補其靜態(tài)不穩(wěn)定性，研究人員的機器人依靠一些巧妙的工程技術(shù)。在立方體的每個邊緣上有兩個圓柱狀的磁鐵，像like面杖一樣安裝。當(dāng)兩個立方體相互靠近時，磁體自然旋轉(zhuǎn)，因此北極與南方對齊，反之亦然。因此，任何立方體的任何面都可以附著到其他任何表面上。
立方體的邊緣也有斜角，因此當(dāng)兩個立方體面對面時，它們的磁體之間會有微小的間隙。當(dāng)一個立方體開始在另一個立方體上翻轉(zhuǎn)時，斜角和磁鐵便會接觸。立方體之間的連接變得更牢固，從而固定了樞軸。在一個立方體的每個面上，還有四對對稱對稱排列的較小的磁體，當(dāng)一個運動的立方體降落在另一個立方體的頂部時，它們有助于將其固定到位。
與任何模塊化機器人系統(tǒng)一樣，人們希望模塊可以小型化：大多數(shù)此類研究的最終目標是成群結(jié)隊地組裝可自我組裝的微型機器人，例如電影《終結(jié)者II》中的“液態(tài)鋼”機器人。 ” 多維數(shù)據(jù)集設(shè)計的簡單性使其有望實現(xiàn)小型化。