嶄露頭角的機器人建筑工

□編譯 / 李忠東

進入21世紀后，由于分工的細化，現在的職業早已不止三百六十行。其中建筑工被評為最危險的職業之一，成為備受關注的高危群體。這一點并不難理解，建筑工人每天都要站在高高的腳手架上，面臨高空作業等危險工作，發生工傷的危險時刻存在。

想象一下，如果有一幫能代替建筑工人的機器建筑工，那該有多好啊。它們可以在無人監管的情況下，24小時連軸干，齊心協力搭建房屋，甚至到其它星球上安營扎寨。據美國趣味科學網站日前報道，目前科學家正在研制此類機器建筑工。

添磚加瓦蓋房忙

在芝加哥舉行的美國科學促進會（the American Association for the Advancement of Science，簡稱AAAS）2014年會上，美國哈佛大學工程和應用科學學院攜手維斯生物工程研究所的科學家展示了一種能夠自我組織的小型機器建筑工人，名為“白蟻”（TERMES）。它們如中型遙控玩具車一般大小，也有4個輪子，裝有若干探測器和舉起建筑構件的裝置，很引人注目。TERMES機器建筑工使用來自紅外和超聲波傳感器的信號引導，能夠在無人監督或者指導的情況下用由輕型泡沫制造的建筑磚，自行建造包括高塔、城堡和金字塔等在內的復雜三維結構。在整個建造過程中，TERMES無需使用任何詳細圖紙，此外，它們還會選擇合理的行動路線，以做到事半功倍。

為了演示，哈佛大學的科學家們讓TERMES機器建筑工現場建筑一座城堡。只見它們前后左右移動，到指定位置拿取積木一樣的“磚塊”。像白蟻建造蟻丘那樣——在沒有總體設計和統一管理的情況下，根據探測到的環境和預設邏輯規則把“磚塊”放到某個位置。在已放有“磚塊”的地方，TERMES機器建筑工會熟練地爬上一層“磚塊”再進行壘放，如此層層疊加。實際上，并沒有一個程序告訴它們建造的是什么，但他們仍像遵守交通規則一樣按部就班。任意一位成員在運行中出了故障，都不會影響工程的整體進度，當然，它們也不會在建造過程中將自己困在建筑框架內。雖然進度較慢，但每一名成員都能進行自我保護，有效識別危險地帶。

AAAS成立于1848年，是世界上最大的科學和工程學協會的聯合體，也是最大的非盈利性國際科技組織，下設21個專業分會，涉及的學科包括數學、物理、化學、天文、地理、生物等自然科學和社會科學。現有265個分支機構和1000萬成員。其年會是科學界的重要聚會，近年來，每次年會都能吸引數千名科學家和上千名科學記者參加。AAAS也是《科學》雜志的主辦者和出版者。《科學》雜志（Science）是世界發行量最大的具有同行評議的綜合科學刊物，讀者逾百萬。

AAAS 2014年會于2月13日至17日在芝加哥舉行，共有8000多人參加，會議期間安排有大量學術演講、研討會和科研成果展示等活動。哈佛大學的科學家們在賈斯汀·韋爾弗教授的領導下，歷時4年研制出了TERMES機器建筑工。它在現場的精彩演示引起轟動，研究成果發表在《科學》雜志上。

大顯身手挑重擔

研究人員設計出了必要的算法，可以使3個TERMES機器建筑工用與白蟻類似的方式來建造物體。為了確保在沒有刻意規劃的條件下每個TERMES機器建筑工個體能自主建造，科學家創建了兩種類型的規則：一種是使它們彼此之間不受阻礙的交通規則，另一種是可以達成它們想要的任何結構的建造規則。具體來說，建造的法規就是什么時候放置磚塊是基于該地是否已有磚塊，或者什么時候要按照結構向上壘磚，以及何時放置第一級磚塊。

用戶在確定了想要的建筑結構后，TERMES機器建筑工就會依照規則自動開始實施建造工作。它們使用7個紅外傳感器，以便檢測到黑色和白色的磚塊。在聲波的導航下，它們會探測其他機器人是否在旁邊，從而保持與周圍建筑物的距離。機器人在感應到磚塊時，會將其拿起并且放在建筑物上。通過編程，科學家們能夠指揮 TERMES機器建筑工沿著一個網格移動。另外，它們設置的一些“交通規則”可以引導它們移動到什么地方，把磚塊擺放在何處。這種建造模式的好處是無論缺少誰都不太重要，建筑規模也容易擴展。執行簡單的規則，通過個體工作協調，TERMES機器建筑工有望能夠建造一些復雜的結構。不論是只有5個TERMES機器建筑工，還是有500個TERMES機器建筑工，都能以這種方式工作。

與其他機器人相比，TERMES機器建筑工的最大不同是不需要集中控制，也不需要相互交流的復雜系統。各自都有一套機輪以及一只搬運手臂，手臂前端帶有一個安有彈簧的鉗子。當然，在把它們派到遙遠的地方建造對人類來說太危險的建筑項目，或者在遠離地球的星球上執行建筑任務，如果需要監控者的話，也可以對系統稍作改進，添加一名中央控制者。

“雖然現在研發的 TERMES機器建筑工還處于‘擺弄積木’的初級階段，但它們將來可能在很多地方都有用武之地。” 研究人員指出，“盡管TERMES機器建筑工實現上述任務還需要很長時間，但是目前用沙袋建造防洪堤壩卻是完全可以勝任的。”