能更换坏死“组织”并转移“大脑”,“神经系统”最复杂的机器人部队来了!

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能更换坏死“组织”并转移“大脑”,“神经系统”最复杂的机器人部队来了!
麻省理工科技评论 81天前 0

81天前

通过模块化设计,机器人能够合并、分解模块,改变自己的功能、外形、体积,从而胜任不同类型的任务。
机器人
通过模块化设计,机器人能够合并、分解模块,改变自己的功能、外形、体积,从而胜任不同类型的任务。

虽然目前的机器人在很多方面比不上人类,但是,在可扩展性上,机器人可谓完虐身为碳基生物的我们。通过模块化设计,机器人能够合并、分解模块,改变自己的功能、外形、体积,从而胜任不同类型的任务。

近日,由比利时、西班牙和瑞士研究人员组成的多国科研团队展示了一种基于“可融合机器人神经系统”(Mergeable Nervous System)的高度灵活的模块机器人。研究成果发表在近期的《自然·通讯》杂志(Nature Communications)上。有多灵活呢?堪比孙悟空的万能毫毛。这个机器人系统不但可以根据环境“72变”,还能够实现“自我修复”和“大脑转移”,从而达到目前的机器人系统所不具备的高效控制效果!

这些神奇功能的实现都依赖于上面提到的可融合神经系统,而这种神经系统的复杂程度在模块机器人中也是前所未有的。

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“自我修复”和“大脑转移”

实验中涉及的机器人模块,由瑞士洛桑联邦理工学院参与开发的组合集群机器人 marXbot 担当:每个 marXbot 机器人都配有全景摄像头、红外传感器等,使用 Wifi、蓝牙实现通讯,通过 ARM 处理器实现运算能力,并支持机器人模块间通过特殊的硬件装置进行连接。表面上看,这些机器人模块并没有什么特殊的地方:当机器人模块未经连接时,每一模块都有一个中心大脑,各自独立工作。

而当模块连接融合后,神奇的事情发生了——新的神经系统诞生:整个机器人系统会选择一个模块作为中心大脑(选择的机制在下文),并将其他模块仅当做“四肢”。中心大脑负责发出合并拆分命令,四肢则充当执行器和感受器,负责搜集信息。有了大脑和四肢,自然也少不了“心跳”。在上述功能的背后,科学家们还开发了一个“心跳”通讯协议,这个协议正是用来感受机器人集合体中的“生命迹象”的。在集合体中充当大脑的模块,会定期发出类似于心跳频率的信号,信号的内容包括通知肢体模块多久“跳”一次,以及万一有模块受损谁来接替。

肢体的每个模块收到信号后,会发出回复消息来证实自己的存在。一旦有肢体模块受损失效(即“死亡”),其他健全模块会接受到谁是“继承人”的“遗嘱”。这样,根据这一神经系统的几何结构,在等待一定时间后,肢体的“死亡”就会被感知和处理。这是这个系统的修复机制。

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那么,如果大脑坏了呢?别担心,系统中的大脑和四肢并不是固定不变的。在这个系统中,无论是主导控制的大脑模块或充当四肢的其他模块,都可以相互转换。所以当任意一个模块失效后,失效模块将被替换,新的架构马上形成,使得其他部分重新工作。所以,电影里面那些打掉一个脑袋再长出一个脑袋的画面,对这个系统来说完全不是特效。另外,机器人的每次合并和拆分都伴随着系统内部变化信息的及时更新,而且整个过程并不会太耗时。

 

等级制度

这个机器人系统还有一个设计巧妙的地方,那就是系统内部建立了等级森严的“阶级制度”,这也是整个可融合神级系统得以运行的基础。系统中的每一个模块虽然在功能和外形上并无差距,但实际上它们之间的关系其实呈树形:处于树形图上游的模块会被优先识别并用作大脑,而当某一模块失效时,其他模块也将按照顺序来顶替它。

在此前的相关自主模块化机器人研究中,每个模块是通过分布式控制部署的,也就是说当每个模块有自己的“大脑”,在这些机器人要实现整体功能时就不得不通过通讯来达成协作。这就导致我们需要额外使用一个外部的控制器来协调整体动作,然后每个模块独立运行自己的任务。而本次研究中的机器人神经系统模块融合后,整个控制架构可以根据树形结构,把各个模块简化为处于上游的中心大脑和处于下游的四肢,能够灵活操纵整支队伍实现任意动作,而不必考虑将动作在每个模块预设协调。

融合后的个体仅保留一套大脑-四肢神经系统。除“大脑”之外,其它模块仅知道它的下游模块的存在。当两个融合个体再次融合为一个大型整体时,主动融合方将控制权交给吸收方,同时变为连接处的下游模块。这种自上而下自适应的中心化控制,允许机器人模块形成更大数量规模的联接,并通过增添模块支持新功能。举个不那么恰当的例子,这就好像传销组织的上线间接遥控多级下线实现庞大管理规模,节约了大量精力。

以上这些智能特性,使得该系统形成的整体犹如一个高效的军队,当“司令部”失去了联系,其他“部队”成员会立刻重新建立新的组织架构,确立新“司令部”,保证整体功能的正常执行。而这一自上而下中心化控制,且每一模块都有控制潜力的特性,目前就连神奇的大自然也尚未有有机体能够实现。

 

能做什么

所以,现在展现在你面前的就是这样一支机器人部队:无论任意一个模块发生故障,其他模块都能自动替补,恢复功能。当控制中枢的大脑出故障时,肢体的每一部分也能够重新确立新的中心大脑,抛弃失效器官,保证剩余正常模块继续运行。那么,当机器人像百足之虫,战斗至最后一“模块”,会不会很可怕?联想起前段时间马斯克和AI专家呼吁联合国禁止智能化武器,这个设计可能会让人觉得毛骨悚然。

先别急着想象那么吓人的事情,这并不是作者的研究动机,在论文中,作者表示,未来的机器人将不会为某一特定任务而设计,我们将设计组合式机器人模块,让机器人功能更为灵活,并具有自适应能力,根据任务要求改变其功能、外观和大小。

当然,这个系统也并没有十全十美。目前研究存在的主要局限是,研究人员仍需要对全部机器人模块进行编程,只有这样才能保证这些模块能够正确地合并并拆分。而团队下一步要做的就是让每个模块能够自主学习,他们还计划将“可融合神经系统”的概念扩展到可重新配置的模块化机器人,使其具备更高的可扩展性。

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