Svärmar av enkla, interagerande robotar har potential att låsa upp smygande förmågor för att utföra komplexa uppgifter. Att få dessa robotar att uppnå en sann bikupa-liknande hjärna av koordination, fastän, har visat sig vara ett hinder.

I ett försök att ändra detta, ett team från MIT:s Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) kom fram till ett förvånansvärt enkelt schema:självmonterande robotkuber som kan klättra över och runt varandra, hoppa genom luften, och rulla över marken.

Sex år efter projektets första upprepning, robotarna kan nu "kommunicera" med varandra med hjälp av ett streckkodsliknande system på varje sida av blocket som gör att modulerna kan identifiera varandra. Den autonoma flottan på 16 block kan nu utföra enkla uppgifter eller beteenden, som att bilda en linje, följande pilar, eller spårningsljus.

Inuti varje modulärt "M-Block" finns ett svänghjul som rör sig vid 20, 000 varv per minut, använder vinkelmoment när svänghjulet bromsas. På varje kant och varje yta finns permanentmagneter som låter vilka två kuber som helst fästa vid varandra.

Även om kuberna inte kan manipuleras lika lätt som, säga, de från videospelet "Minecraft, " teamet föreställer sig starka tillämpningar inom katastrofinsatser och hjälp. Föreställ dig en brinnande byggnad där en trappa har försvunnit. I framtiden, du kan helt enkelt kasta M-block på marken och se dem bygga ut en tillfällig trappa för att klättra upp till taket eller ner till källaren för att rädda offer.

"M står för rörelse, magnet, och magi, " säger MIT-professorn och CSAIL-direktören Daniela Rus. "'Motion, ' eftersom kuberna kan röra sig genom att hoppa. 'Magnet, ' eftersom kuberna kan ansluta till andra kuber med hjälp av magneter, och när de väl är anslutna kan de röra sig tillsammans och ansluta för att montera strukturer. 'Magi, eftersom vi inte ser några rörliga delar, och kuben verkar drivas av magi."

Utöver katastrofhjälp, forskarna föreställer sig att använda blocken för saker som spel, tillverkning, och hälso- och sjukvård.

"Det unika med vårt tillvägagångssätt är att det är billigt, robust, och potentiellt lättare att skala till en miljon moduler, '' säger CSAIL Ph.D. student John Romanishin, huvudförfattare på ett nytt papper om systemet. "M-block kan röra sig på ett allmänt sätt. Andra robotsystem har mycket mer komplicerade rörelsemekanismer som kräver många steg, men vårt system är mer skalbart och kostnadseffektivt."

Romanishin skrev tidningen tillsammans med Rus och studentstudenten John Mamish från University of Michigan. De kommer att presentera uppsatsen om M-block vid IEEE:s internationella konferens om intelligenta robotar och system i november i Macau.

Tidigare modulära robotsystem hanterar vanligtvis rörelser med hjälp av enhetsmoduler med små robotarmar som kallas externa ställdon. Dessa system kräver mycket koordination för även de enklaste rörelserna, med flera kommandon för ett hopp eller hopp.

På kommunikationssidan, andra försök har involverat användning av infrarött ljus eller radiovågor, som snabbt kan bli klumpig:Om du har många robotar på ett litet område och alla försöker skicka signaler till varandra, det öppnar en rörig kanal av konflikter och förvirring.

När ett system använder radiosignaler för att kommunicera, signalerna kan störa varandra när det finns många radioapparater i en liten volym.

Tillbaka 2013, teamet byggde ut sin mekanism för M-block. De skapade kuber med sex ansikten som rör sig med något som kallas "tröghetskrafter". Detta innebär att, istället för att använda rörliga armar som hjälper till att koppla samman strukturerna, blocken har en massa inuti sig som de "kastar" mot sidan av modulen, vilket gör att blocket roterar och rör sig.

Varje modul kan röra sig i fyra kardinalriktningar när den placeras på någon av de sex ytorna, vilket resulterar i 24 olika rörelseriktningar. Utan att små armar och bihang sticker ut ur blocken, det är mycket lättare för dem att hålla sig fria från skador och undvika kollisioner.

Att veta att laget hade tagit sig an de fysiska hindren, den kritiska utmaningen kvarstod fortfarande:Hur får man dessa kuber att kommunicera och på ett tillförlitligt sätt identifiera konfigurationen av angränsande moduler?

Romanishin kom med algoritmer designade för att hjälpa robotarna att utföra enkla uppgifter, eller "beteenden, " vilket ledde dem till idén om ett streckkodsliknande system där robotarna kan känna identiteten och ansiktet på vilka andra block de är anslutna till.

I ett experiment, laget lät modulerna förvandlas till en linje från en slumpmässig struktur, och de tittade på om modulerna kunde bestämma det specifika sättet att de var kopplade till varandra. Om de inte var det, de måste välja en riktning och rulla den vägen tills de hamnade i slutet av linjen.

Väsentligen, blocken använde konfigurationen av hur de är anslutna till varandra för att styra rörelsen som de väljer att flytta – och 90 procent av M-blocken lyckades komma in i en linje.

Teamet noterar att det var mycket utmanande att bygga ut elektroniken, speciellt när man försöker få in komplicerad hårdvara i ett så litet paket. För att göra M-Block-svärmarna till en större verklighet, teamet vill just det – fler och fler robotar ska skapa större svärmar med starkare kapacitet för olika strukturer.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.