EPFL 的研究人員開發了一種模組化機器人,隨著模組數量的增加,其可靠性也隨之提升,這得益於一種共享電源、傳感器和通信的系統。專為複雜任務設計的機器人常面臨一個簡單的問題:機器人的功能越多,其某個部件失效的可能性就越高。傳統上,增加模組可以提升機器人的能力,但同時也引入了更多的故障點。過去的一些解決方案,如內建備份或自我重組的模組,僅部分解決了這個問題。
EPFL 的可重構機器人實驗室(RRL)由 Jamie Paik 領導,採用不同的方法來應對這一挑戰。他們提出了超冗餘(hyper-redundancy)的方法,所有關鍵資源,包括電源、感知和通信,均在模組之間共享,而不改變機器人的物理結構。在四模組的 Mori3 機器人測試中,研究團隊關閉了中央模組的電池供電、無線通信和感知功能。通常情況下,這會導致機器人完全停止運動,然而,得益於共享資源,相鄰模組進行了補償,使機器人能夠繼續在複雜的地形中導航。
這種設計受到自然界的啟發。鳥類通過群體行為共享局部感知信息,樹木透過空氣信號傳遞威脅,細胞則運輸養分,因此單個單位的喪失不會損害整個有機體。模組化機器人現在可以模仿這些集體策略,將多個單位連接形成更大的系統。研究人員發現,僅共享一兩個資源是遠遠不夠的:如果每個資源都有相等的故障概率,系統的可靠性隨著代理數量的增加而下降。但當所有資源都共享時,這一趨勢會被逆轉。
Paik 解釋道,我們的方法讓我們能夠在集體中復活一個失效的模組,並使其恢復完全功能。因此,我們的本地資源共享框架有潛力支持高度自適應的機器人,使其以空前的可靠性運行,最終解決了可靠性與適應性之間的衝突。首席作者 Kevin Holdcroft 也指出,這一研究結果展示了如何轉變冗餘為戰略優勢,為可靠和自適應的機器人開辟了一條新路徑。
研究人員希望將超冗餘擴展到更大的系統,包括機器人群。未來的設計可能使個別單位能夠相互對接以轉移能量和數據,從而在危險或不可預測的環境中變得更加韌性。這些創新將擴大模組化機器人在搜索與救援任務、工業檢查,甚至行星探索中的應用。這項研究顛覆了長期存在的機器人問題:額外模組不再增加故障的可能性,而是增強了整個系統的穩定性。該研究成果已發表於《Science Robotics》。




