《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中的微型機(jī)器人戰(zhàn)隊(duì)真的被發(fā)明出來了？！

原標(biāo)題：《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中的微型機(jī)器人戰(zhàn)隊(duì)真的被發(fā)明出來了？！

還記得電影《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》里面大反派的秘密武器——微型機(jī)器人嗎？

數(shù)十萬個(gè)微型機(jī)器人組成的黑色站隊(duì)，能夠在人類的控制下隨意排列組合， 一會(huì)兒排成一個(gè)人字，一會(huì)兒排成一個(gè)一字……等等，走錯(cuò)片場了……是可以任意變幻成橋梁、快速移動(dòng)的階梯、有沖擊力的風(fēng)暴等等，不受障礙物影響地去完成各種任務(wù)。

威力如此強(qiáng)大的機(jī)器人集群，除了電影里打打殺殺的場景之外，是不是也能做點(diǎn)好事呢？

往常我們總是將目光放在MIT、Deepmind、伯克利、波士頓等海外知名研究機(jī)構(gòu)身上，其實(shí)中國科研團(tuán)隊(duì)在機(jī)器人領(lǐng)域也有不少令人驚喜的收獲。

前不久哈工大的一篇論文就成功登陸了《科學(xué)》雜志子刊《科學(xué)·機(jī)器人學(xué)》（Science Robotics），研究人員將電影中可怖的“黑色風(fēng)暴”，變成了有望輔助癌癥用藥的“蟻群”機(jī)器人。

具體怎么回事，咱們趕緊往下看。

中國團(tuán)隊(duì)研發(fā)的微型機(jī)器人，有望輔助治療癌癥？

就在上個(gè)月，一篇題為《可重構(gòu)磁性微機(jī)器人群：多模態(tài)轉(zhuǎn)換、定向移動(dòng)與集群作業(yè)》（Reconfigurable magnetic microrobot swarm: Multimode transformation, locomotion, and manipulation）的科研論文引起了我們的注意。

來自哈工大的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種呈花生狀的磁性機(jī)器人。它們長3微米，直徑2微米，只有頭發(fā)絲直徑的約四十分之一。

由大量這種機(jī)器人組成的群體可在旋轉(zhuǎn)磁場的調(diào)控下變?yōu)殚L鏈，以液體、渦旋、帶狀的形態(tài)運(yùn)動(dòng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)快速而可逆的形態(tài)轉(zhuǎn)換。

這種集群型機(jī)器人鏈條的特點(diǎn)是，能夠在狹長的窄道中穿行，高效穿越狹長的模擬毛細(xì)血管。

還能夠模擬自然界的蟻群（渦旋模態(tài)）和鯡魚捕食陣列（橫帶模態(tài)），分別完成大負(fù)載可控輸送與大面積同步集群清理操作。

通過編程，由這種磁性微機(jī)器人組成的鏈條能夠在任何方向進(jìn)行轉(zhuǎn)向，表現(xiàn)出了非常出色的機(jī)動(dòng)性與穩(wěn)定性。

可編程、可變型、可承重，這就為微型機(jī)器人群的任務(wù)前景帶來了很大的想象空間。

聽起來很美好，但在微型機(jī)器人這件事上，其實(shí)人類并沒有少走彎路。

（多模轉(zhuǎn)換 圖《科學(xué)·機(jī)器人學(xué)》）

過氣網(wǎng)紅：微型機(jī)器人的坎坷之路

微型機(jī)器人走紅的時(shí)間，可比這項(xiàng)研究還要早很多。

2014年，哈佛大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家和工程師就已經(jīng)研發(fā)出了一種像蟲子一樣的微型機(jī)器人，名叫Kilobots，幾十個(gè)機(jī)器人湊在一起，在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)了覓食、編隊(duì)控制和蜂擁而上等一系列集群行為。當(dāng)時(shí)，很多人認(rèn)為協(xié)調(diào)數(shù)千甚至數(shù)萬個(gè)這樣的機(jī)器人，可以完成很多不可思議的挑戰(zhàn)，比如農(nóng)作物授粉、穿過瓦礫搜救等等。

它的發(fā)明者科學(xué)家Radhika Nagpal還借此成為英國《自然》雜志評選的2014年度十人。

但這個(gè)被寄予厚望的作品為何沒能普及開來呢？核心問題可能有這么幾個(gè)方面：

一是溝通方式。Kilobot是通過紅外傳感器來實(shí)現(xiàn)主控臺(tái)和機(jī)器人之間的溝通，一旦兩個(gè)機(jī)器人間距超過10厘米，它們就沒辦法交流了，自然也就無法將命令有效地傳導(dǎo)并執(zhí)行。實(shí)驗(yàn)最多觀察了50個(gè)左右機(jī)器人，數(shù)量越大，操作難度就指數(shù)級上升了；

二是運(yùn)動(dòng)能力。Kilobot是通過震動(dòng)式馬達(dá)讓機(jī)器人抬起“腿”從而完成移動(dòng)的。這種電流交互模式的結(jié)果是，排成一個(gè)字母或星星之類的形狀，都需要耗時(shí)12小時(shí)，很難再承擔(dān)什么復(fù)雜任務(wù)；

三是應(yīng)用場景。從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上可以看出，Kilobot只能在平面上進(jìn)行移動(dòng)，它們自動(dòng)變換形狀也是以平面形式來完成的，連坎坷的道路都無法搞定，更別提以三維的模式構(gòu)建出其他物體了，這無疑大大縮減了它們應(yīng)用上的可能性。

簡單的構(gòu)造，并不復(fù)雜的技術(shù)，使得Kilobot雖然因?yàn)閮r(jià)格便宜而很容易被大批量制造出來，但卻是一個(gè)早產(chǎn)的“低能兒”，也讓人們對于微型機(jī)器人集群的期待陷入了冰凍狀態(tài)。

向自然致敬：“蟻群”機(jī)器人是如何協(xié)同工作的？

將目光拉回到本文的主角——“蟻群”磁性微游動(dòng)機(jī)器人。它們的命運(yùn)會(huì)和前輩們有所不同嗎？

目前看來，是有可能的。

首先，來看看這個(gè)機(jī)器人集群是如何進(jìn)行協(xié)作的，群體智商有沒有高一點(diǎn)呢？

為了解決多機(jī)器人的協(xié)作難題，科研人員從自然界中找到了靈感。很容易就能發(fā)現(xiàn)，分工協(xié)作的蟻群可構(gòu)建復(fù)雜而精巧的蟻巢、搬運(yùn)超重獵物，布陣捕食的鯡魚群可輕松捕獲非常警覺的橈足類動(dòng)物等等。

這些生物從個(gè)體來看都毫不起眼，但組織在一起卻完成了許多難以想象的復(fù)雜問題。因此，科研人員沒有采用傳感器等外接設(shè)備，而是讓這些機(jī)器人通過非常小的作用力交流，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，就像蟻群用觸覺或氣味交流一樣。

另外，它們還能探測光源的強(qiáng)度，而光的強(qiáng)度又與預(yù)先計(jì)算好的時(shí)間相對應(yīng)，這個(gè)時(shí)間告訴機(jī)器人，何時(shí)展開和收縮，最終，通過脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)讓整個(gè)裝置移向光源。

這樣做的好處是，不受距離和外部設(shè)備的影響，機(jī)器人群體就能以一個(gè)整體的形態(tài)完成持續(xù)的溝通與高效的協(xié)作。

另外，在旋轉(zhuǎn)磁場的調(diào)控下，“蟻群”磁性微游動(dòng)機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力也更強(qiáng)。

“蟻群”的排兵布陣是以動(dòng)態(tài)自組織的形式完成的，可以重新配置成多種模式，比如以長鏈形式穿越狹長通道等等，這種隨環(huán)境或任務(wù)快速響應(yīng)的同步運(yùn)動(dòng)方式，使它可以完成大負(fù)載可控輸送與大面積清理等任務(wù)需求。

基于上述特征， “蟻群”磁性微游動(dòng)機(jī)器人的價(jià)值也就得以清晰而聚焦地呈現(xiàn)出來，那就是生物醫(yī)療。

由于體型足夠小足夠靈活，這種機(jī)器人可以搭載藥物直達(dá)毛細(xì)血管末端、視網(wǎng)膜等其他手段難以直接治療的部位，為疾病的早期診斷與治療提供輔助。

未來隨著技術(shù)的加強(qiáng)，還可能直達(dá)病灶部位，識(shí)別并攻擊病變細(xì)胞，協(xié)助癌癥治療。

對于普通人來說也有價(jià)值。這種微游動(dòng)機(jī)器人幾乎不需要考慮續(xù)航、操控、劫持風(fēng)險(xiǎn)等問題，可以安全地留存在人體內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)健康狀況的在體監(jiān)控。

去掉大腦？機(jī)器“智能”或許和我們想的不一樣

沒有電路，沒有算法，成本低廉，“蟻群”磁性微游動(dòng)機(jī)器人被賦予“智商”的方式和我們以往對機(jī)器智能的理解完全不同。

過去業(yè)界總是傾向于將機(jī)器人設(shè)計(jì)成大白那樣和人類高度相似的產(chǎn)品，卻忽略了稱得上是“低能”的微小機(jī)器人，通過協(xié)作其實(shí)絲毫不亞于大型智能機(jī)器人。

比如波士頓動(dòng)力的機(jī)器人，要完成復(fù)雜的動(dòng)作，必須對應(yīng)不同的算法，比如跑步、蹲、跳躍等，各種軟法軟件結(jié)合Bot軸等硬件，才能完成具有高度自由度的運(yùn)作。

（十只SpotMini“機(jī)器狗”拉動(dòng)大貨車前行）

但是，這類技術(shù)方案的弊端也日益暴露出來。

首先是深度學(xué)習(xí)等方法在機(jī)器人硬件上落地的局限性。比如訓(xùn)練周期長，投入成本過高，可供采集的樣本少，機(jī)電系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，算法性能參差不齊，實(shí)驗(yàn)室成果和實(shí)際應(yīng)用差距太大等等。

另外，實(shí)現(xiàn)成本和商業(yè)化落地也成了大型智能機(jī)器人的“要命”考驗(yàn)。

就在去年，作為協(xié)作機(jī)器人（Cobot）的鼻祖，Rethink Robotics宣布倒閉。其產(chǎn)品很難控制，需要通過周身的傳感器和控制軟件來防止機(jī)器人意外傷害到靠近的人類。因此只局限于工廠車間等特定區(qū)域，很難全面打開市場，只能在商業(yè)上迎來失敗。

技術(shù)和應(yīng)用上的重重壁壘，讓越來越多的專家開始思考另一種“零智商”的智能實(shí)現(xiàn)方式。

比如Rethink Robotics的聯(lián)合創(chuàng)始人、前麻省理工學(xué)院計(jì)算科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室主管羅德尼·布魯克斯Rodney Brooks，作為機(jī)器人專家，他為機(jī)器人找到了新的方向——“去掉大腦”。即機(jī)器人不必知道自己身處何方，只要像螞蟻一樣保持工作就行了。

與他持同樣觀點(diǎn)的還有科學(xué)作家凱文凱利，他曾在《失控》一書中預(yù)測到，未來機(jī)器人將按照“無中心分布式系統(tǒng)”模式來運(yùn)行，大量“愚蠢”的個(gè)體在分工的情況下完成高難度的行為。

某種程度上，這有點(diǎn)像人類智力的實(shí)現(xiàn)方式。

大腦并不是以一個(gè)整體來完成思考的，而是通過許許多多微渺而無意識(shí)的神經(jīng)環(huán)路構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)所有的智力活動(dòng)。

因此，“蟻群”磁性微游動(dòng)機(jī)器人給我們帶來的，比可行性與商業(yè)價(jià)值更重要的，是其背后所隱藏的技術(shù)思路——運(yùn)用成本低廉的小機(jī)器集群，而不是高級電腦或成本高昂的機(jī)器人來解決問題。

先讓單個(gè)機(jī)器人完成簡單的動(dòng)作，比如移動(dòng)與重組。再在此基礎(chǔ)上一步步疊加更多復(fù)雜的功能，并不斷重復(fù)，比如通過作用力實(shí)現(xiàn)集群活動(dòng)和形態(tài)轉(zhuǎn)換，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)人工智能的突破。

事實(shí)上，在許多頂尖的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室中，微型機(jī)器人正在越來越多地引起重視。比如卡耐基梅隆大學(xué)的野地機(jī)器人學(xué)中心最近就在改變研究方向。

他們曾經(jīng)花費(fèi)10年時(shí)間制造出一臺(tái)名為“漫步者”的機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)地行星考察。這個(gè)機(jī)器人被設(shè)計(jì)的十分笨重，重達(dá)2噸。每走一步，它都要更新頭腦中的環(huán)境輪廓圖，而作為頭腦的中央電腦則被一條長長的電纜連在機(jī)器人身上。

研究者發(fā)現(xiàn)，這樣的大家伙是永遠(yuǎn)不可能離開地球的，因?yàn)楦静淮嬖谀敲撮L的電纜。而如果采用遠(yuǎn)程控制，那么位于火星的“漫步者”需要等上幾分鐘才能接到地球發(fā)出的指令。它邁出一小步時(shí)，微型磁力機(jī)器人可能已經(jīng)跑了一個(gè)來回了。

目前我們所看到的“蟻群”磁性微機(jī)器人還只是一個(gè)醫(yī)療領(lǐng)域的創(chuàng)新突破，未來或許正如凱文凱利所預(yù)測的那樣，“蟻群”磁性微游動(dòng)機(jī)器人這種“去中心化、無領(lǐng)導(dǎo)的、點(diǎn)對點(diǎn)的、網(wǎng)絡(luò)特征的（大規(guī)模）合作”，才是“極具能量的完成任務(wù)方式”。

總而言之，在機(jī)器人智能這件事上，我們看到過很多種技術(shù)思路和解決方案。哪個(gè)才是通向人工智能的正確路徑目前還不得而知，但隨著一個(gè)個(gè)“蟻群”這樣顛覆式成果的出現(xiàn)，一首機(jī)器與智慧之間的命運(yùn)進(jìn)行曲終將被奏響。

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