崭露头角的机器人建筑工

□编译 / 李忠东

进入21世纪后，由于分工的细化，现在的职业早已不止三百六十行。其中建筑工被评为最危险的职业之一，成为备受关注的高危群体。这一点并不难理解，建筑工人每天都要站在高高的脚手架上，面临高空作业等危险工作，发生工伤的危险时刻存在。

想象一下，如果有一帮能代替建筑工人的机器建筑工，那该有多好啊。它们可以在无人监管的情况下，24小时连轴干，齐心协力搭建房屋，甚至到其它星球上安营扎寨。据美国趣味科学网站日前报道，目前科学家正在研制此类机器建筑工。

添砖加瓦盖房忙

在芝加哥举行的美国科学促进会（the American Association for the Advancement of Science，简称AAAS）2014年会上，美国哈佛大学工程和应用科学学院携手维斯生物工程研究所的科学家展示了一种能够自我组织的小型机器建筑工人，名为“白蚁”（TERMES）。它们如中型遥控玩具车一般大小，也有4个轮子，装有若干探测器和举起建筑构件的装置，很引人注目。TERMES机器建筑工使用来自红外和超声波传感器的信号引导，能够在无人监督或者指导的情况下用由轻型泡沫制造的建筑砖，自行建造包括高塔、城堡和金字塔等在内的复杂三维结构。在整个建造过程中，TERMES无需使用任何详细图纸，此外，它们还会选择合理的行动路线，以做到事半功倍。

为了演示，哈佛大学的科学家们让TERMES机器建筑工现场建筑一座城堡。只见它们前后左右移动，到指定位置拿取积木一样的“砖块”。像白蚁建造蚁丘那样——在没有总体设计和统一管理的情况下，根据探测到的环境和预设逻辑规则把“砖块”放到某个位置。在已放有“砖块”的地方，TERMES机器建筑工会熟练地爬上一层“砖块”再进行垒放，如此层层叠加。实际上，并没有一个程序告诉它们建造的是什么，但他们仍像遵守交通规则一样按部就班。任意一位成员在运行中出了故障，都不会影响工程的整体进度，当然，它们也不会在建造过程中将自己困在建筑框架内。虽然进度较慢，但每一名成员都能进行自我保护，有效识别危险地带。

AAAS成立于1848年，是世界上最大的科学和工程学协会的联合体，也是最大的非盈利性国际科技组织，下设21个专业分会，涉及的学科包括数学、物理、化学、天文、地理、生物等自然科学和社会科学。现有265个分支机构和1000万成员。其年会是科学界的重要聚会，近年来，每次年会都能吸引数千名科学家和上千名科学记者参加。AAAS也是《科学》杂志的主办者和出版者。《科学》杂志（Science）是世界发行量最大的具有同行评议的综合科学刊物，读者逾百万。

AAAS 2014年会于2月13日至17日在芝加哥举行，共有8000多人参加，会议期间安排有大量学术演讲、研讨会和科研成果展示等活动。哈佛大学的科学家们在贾斯汀·韦尔弗教授的领导下，历时4年研制出了TERMES机器建筑工。它在现场的精彩演示引起轰动，研究成果发表在《科学》杂志上。

大显身手挑重担

研究人员设计出了必要的算法，可以使3个TERMES机器建筑工用与白蚁类似的方式来建造物体。为了确保在没有刻意规划的条件下每个TERMES机器建筑工个体能自主建造，科学家创建了两种类型的规则：一种是使它们彼此之间不受阻碍的交通规则，另一种是可以达成它们想要的任何结构的建造规则。具体来说，建造的法规就是什么时候放置砖块是基于该地是否已有砖块，或者什么时候要按照结构向上垒砖，以及何时放置第一级砖块。

用户在确定了想要的建筑结构后，TERMES机器建筑工就会依照规则自动开始实施建造工作。它们使用7个红外传感器，以便检测到黑色和白色的砖块。在声波的导航下，它们会探测其他机器人是否在旁边，从而保持与周围建筑物的距离。机器人在感应到砖块时，会将其拿起并且放在建筑物上。通过编程，科学家们能够指挥 TERMES机器建筑工沿着一个网格移动。另外，它们设置的一些“交通规则”可以引导它们移动到什么地方，把砖块摆放在何处。这种建造模式的好处是无论缺少谁都不太重要，建筑规模也容易扩展。执行简单的规则，通过个体工作协调，TERMES机器建筑工有望能够建造一些复杂的结构。不论是只有5个TERMES机器建筑工，还是有500个TERMES机器建筑工，都能以这种方式工作。

与其他机器人相比，TERMES机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复杂系统。各自都有一套机轮以及一只搬运手臂，手臂前端带有一个安有弹簧的钳子。当然，在把它们派到遥远的地方建造对人类来说太危险的建筑项目，或者在远离地球的星球上执行建筑任务，如果需要监控者的话，也可以对系统稍作改进，添加一名中央控制者。

“虽然现在研发的 TERMES机器建筑工还处于‘摆弄积木’的初级阶段，但它们将来可能在很多地方都有用武之地。” 研究人员指出，“尽管TERMES机器建筑工实现上述任务还需要很长时间，但是目前用沙袋建造防洪堤坝却是完全可以胜任的。”