美開發出會自動成型的"智能沙"

http://big5.xinhuanet.com/gate/big5/news.xinhuanet.com/tech/2012-04/05/c_122928580.htm

　　如果你有一大箱沙子，在裏面埋入一個小板凳模型，幾秒鐘後再打開箱子，就會出來一個大板凳：沙子倣照模型自動組裝成了一個大板凳！這聽起來好像神話，但這是美國麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室分布式機器人技術實驗室（DRL）自動化項目的一個目標。據物理學家組織網4月2日報道，DRL研究人員開發出了一種邊長10毫米的立方體，突破了算法上的難題，能按照需要形成簡單的物理形狀，向真正的“智能沙”邁進了一大步。

　　最大的挑戰是每個沙粒只能攜帶很少的計算資源。論文合著者、麻省理工學院計算機科學與工程教授丹尼爾‧魯斯說：“如果每粒沙裏都能存一張數字圖，要找出一種算法就很容易，但這根本不現實。怎樣才能開發出有效的算法，在通訊水平和極短距離內不浪費任何信息呢？我們想每粒沙不必事先知道要組成什麼樣子。”

　　研究人員表示，他們將在今年5月份召開的IEEE機器人技術與自動化國際會議上提交論文，闡述這種“智能沙”算法。他們的“智能沙”使用的是類似于雕刻的“減法規則”，而不是LEGO拼裝玩具那樣的“加法規則”，沙粒能向前後傳遞信息，選擇性地貼附在其他沙粒上，形成3維物體。“智能沙”並不只是簡單地構建某個破損的機件，當它們完成了某項功用後，還會返回成一堆沙粒的樣子，彼此分離獨立，以便下次構建新的形狀。

　　論文作者凱爾‧吉爾賓解釋說，沙粒首先彼此傳遞信息以確定哪些鄰居丟失了，然後選擇自己的位置，再給其他沙粒傳遞一個固定的距離信息，並反過來強化確定自身的位置。當復制品邊緣建立以後，外面的沙粒就不再與周圍鄰居聯係。

　　研究人員制作了一種邊長10毫米的立方體，經過計算機模擬證明了這種算法的有效性，也可以把每一層立方體當作二維格子來用。他們把這種立方體叫做“智能卵石”（smart pebbles），每個立方體的4個面上裝有永久電磁體，可以通過電脈衝磁化或消磁。彼此不僅能靠磁力相連，還能溝通共享磁力。每個“卵石”中都有一個微處理器，能存儲32K字節的程序代碼，只有2K字節用于工作記憶。

　　這種算法可以復制出是樣本10倍大的物體，也可以調整生成許多大小一樣的復制品，或復制一個大型物體。“比如你的汽車拉桿斷了，你可以把它放到沙子裏，得到一個新的。”吉爾賓說。

　　哈佛大學電力工程副教授、微型機器人技術實驗室主管羅伯特‧伍德指出，真正的智能沙要比這些10毫米的立方體小得多，但這並非不可逾越的障礙。目前的“卵石”已經擁有了核心功能，能理解鄰居傳達的信息、和鄰居交談、能做一些計算，這是最重要的。再把它們做得更小也是切實可行的，但還需要解決更多工程上的難題。（常麗君）