可以在幾分鐘內設計一個機器人進行三維打印短短四個小時內完成組裝

即使機器人在我們世界的不同地方變得越來越普遍，它們仍然難以制造。從設計和建模到制造和測試，這個過程既緩慢又昂貴：即使是一個小的變化也可能意味著需要幾天或幾周的時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器人設計 - 一次坐下怎么辦?

麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室(CSAIL)的研究人員正在接近這樣做。在一篇新論文中，他們提出了一個名為“Interactive Robogami”的系統，它可以讓您在幾分鐘內設計一個機器人，然后在短短四個小時內進行3D打印和組裝。

該系統的一個關鍵特征是它允許設計師確定機器人的運動(“步態”)和形狀(“幾何形狀”)，這種能力通常在設計系統中分離。

“設計機器人通常需要只有機械工程師和機器人專家才具備的專業知識，”博士生和共同主要作者Adriana Schulz說。“令人興奮的是，我們創造了一種工具，允許臨時用戶通過向他們提供專業知識來設計他們自己的機器人。”

該論文發表在新一期的國際機器人研究雜志上，由博士研究生Cynthia Sung和麻省理工學院教授Wojciech Matusik和Daniela Rus共同領導。

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

這個怎么運作

3D打印改變了人們將想法轉化為真實物體的方式，使用戶能夠擺脫更傳統的制造業。盡管有這些發展，但目前的設計工具仍然存在空間和運動限制，并且在理解各種細微差別方面存在著陡峭的學習曲線。

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行設計組合，使用戶可以專注于高級概念設計。用戶可以從包含50多種不同身體，輪子，腿和“外圍設備”的庫中進行選擇，以及選擇不同的步驟(“步態”)。

重要的是，系統能夠保證設計實際上是可行的，分析諸如速度和穩定性等因素來提出建議并確保例如用戶不會創建如此頭重腳輕以至于無法移動的機器人沒有翻倒。

設計完成后，機器人就會被制造出來。該團隊的折紙靈感“3D打印和折疊”技術涉及將設計打印為連接處的平面，然后將設計折疊成最終形狀，結合2D和3D打印的最有效部分。

“3D打印可以讓您打印復雜，剛性的結構，而2D制作可以為您提供輕巧但結實的結構，可以快速生產，”Sung說。“通過3D打印2D圖案，我們可以利用這些優勢，用輕質材料開發強大，復雜的設計。”

結果

為了測試該系統，該團隊使用了8名受試者，他們接受了20分鐘的訓練，并要求執行兩項任務。

一項任務涉及在短短十分鐘內創建一個移動，穩定的汽車設計。在第二項任務中，用戶被給予機器人設計并被要求創建軌跡以在最少的旅行時間內通過障礙物路線導航機器人。

該團隊共制造了六個機器人，每個機器人設計需要10到15分鐘，打印需要3到7個小時，裝配需要30到90分鐘。該團隊發現，他們的3D打印折疊方法將打印時間減少了73%，使用的材料減少了70%。機器人還展示了廣泛的運動，例如使用單腿行走，使用不同的步驟順序，同時使用腿和輪子。

“你可以快速設計一個可以打印出來的機器人，這將有助于你快速，輕松，廉價地完成這些任務，”Sung說。“讓每個人都設計并制造自己的機器人，這降低了障礙。”

Rus希望人們能夠使用機器人來幫助完成日常任務，而采用快速打印技術的類似系統將能夠實現機器人的大規模定制和生產。

“這些工具為教授計算思維和創造提供了新的方法，”Rus說。“學生們不僅可以通過編碼和制作自己的機器人來學習，還可以通過創造關于他們的機器人實際可以做什么的概念性想法。”

雖然目前的版本側重于可以行走的設計，但團隊希望將來機器人能夠飛行。另一個目標是讓用戶能夠進入系統并根據其可以執行的任務來定義機器人的行為。

“該工具可以在設計過程的早期階段快速探索動態機器人，”迪士尼研究的研究科學家莫里茨·貝徹說，他沒有參與這項研究。“專家根據約束和組成規則定義了構建模塊，并為非專家制作復雜的機器人系統鋪平了道路。該系統可能會激發針對更復雜機器人的計算設計的后續工作。”