在几分钟内设计定制机器人

即使机器人在我们世界的不同地方变得越来越普遍，它们仍然难以制造。从设计和建模到制造和测试，这个过程既缓慢又昂贵：即使是一个小小的变化也可能意味着需要几天或几周的时间来重新思考和修改重要的硬件。

但如果有一种方法可以让非专家制作不同的机器人设计 - 一次坐下怎么办?

麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究人员正在接近这样做。在一篇新论文中，他们提出了一个名为“Interactive Robogami”的系统，它可以让您在几分钟内设计一个机器人，然后在短短四个小时内进行3D打印和组装。

该系统的一个关键特征是它允许设计人员确定机器人的运动(“步态”)和形状(“几何形状”)，这种能力在设计系统中经常是分开的。

“设计机器人通常需要只有机械工程师和机器人专家的专业知识，”博士生和共同主要作者Adriana Schulz说。“令人兴奋的是，我们创造了一种工具，允许临时用户通过向他们提供专业知识来设计他们自己的机器人。”

该论文发表在新一期的国际机器人研究杂志上，由博士研究生Cynthia Sung和麻省理工学院教授Wojciech Matusik和Daniela Rus共同领导。

其他合着者包括博士生Andrew Spielberg，前硕士生赵薇，前本科生Robin Cheng和哥伦比亚大学教授Eitan Grinspun。(Sung现在是宾夕法尼亚大学的助理教授。)

这个怎么运作

3D打印改变了人们将想法转化为真实物体的方式，使用户能够摆脱更传统的制造业。尽管有这些发展，但目前的设计工具仍然存在空间和运动限制，并且在理解各种细微差别方面存在着陡峭的学习曲线。

交互式Robogami旨在更加直观。它使用模拟和交互式反馈与算法进行设计组合，使用户可以专注于高级概念设计。用户可以从超过50种不同的身体，轮子，腿和“外围设备”的库中进行选择，以及选择不同的步骤(“步态”)。

重要的是，系统能够保证设计实际上是可行的，分析诸如速度和稳定性等因素来提出建议并确保例如用户不会创建如此头重脚轻以至于无法移动的机器人没有翻倒。

设计完成后，机器人就会被制造出来。该团队的折纸式“3D打印和折叠”技术涉及将设计打印为连接处的平面，然后将设计折叠成最终形状，结合2D和3D打印的最有效部分。

“3D打印可以让您打印复杂，刚性的结构，而2D制作可以为您提供轻巧但结实的结构，可以快速生成，”Sung说。“通过3D打印2D图案，我们可以利用这些优势，用轻质材料开发强大，复杂的设计。”

结果

为了测试该系统，该团队使用了八名受试者，他们接受了二十分钟的训练，并要求执行两项任务。

一项任务涉及在短短十分钟内创建一个移动，稳定的汽车设计。在第二项任务中，用户被给予机器人设计并被要求创建轨迹以在最少的旅行时间内通过障碍训练导航机器人。

该团队共制造了六个机器人，每个机器人设计需要10到15分钟，打印需要3到7个小时，组装需要30到90分钟。该团队发现，他们的3D打印折叠方法将打印时间减少了73%，使用的材料减少了70%。机器人还展示了广泛的运动，例如使用单腿行走，使用不同的步骤顺序，同时使用腿和轮子。

“你可以快速设计一个可以打印出来的机器人，这将有助于你快速，轻松，便宜地完成这些任务，”Sung说。“让每个人都设计和制造自己的机器人正在降低障碍。”

Rus希望人们能够使用机器人来帮助完成日常任务，而采用快速打印技术的类似系统将能够实现机器人的大规模定制和生产。

“这些工具为计算思维和创造教学提供了新方法，”Rus说。“学生们不仅可以通过编码和制作自己的机器人来学习，还可以通过生活概念来了解他们的机器人实际可以做什么。”

虽然目前的版本侧重于可以行走的设计，但团队希望将来机器人能够飞行。另一个目标是让用户能够进入系统并根据其可以执行的任务来定义机器人的行为。

“该工具可以在设计过程的早期阶段快速探索动态机器人，”迪士尼研究的研究科学家MoritzBächer说，他没有参与这项研究。“专家根据约束和组成规则定义了构建模块，为非专家制作复杂的机器人系统铺平了道路。该系统可能会激发针对更复杂机器人的计算设计的后续工作。”