美科学家开发出会自动成型的“智能沙”

　　如果你有一大箱沙子，在里面埋入一个小板凳模型，几秒钟后再打开箱子，就会出来一个大板凳：沙子仿照模型自动组装成了一个大板凳！这听起来好像神话，但这是美国麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室分布式机器人技术实验室（DRL）自动化项目的一个目标。据物理学家组织网4月2日报道，DRL研究人员开发出了一种边长10毫米的立方体，突破了算法上的难题，能按照需要形成简单的物理形状，向真正的“智能沙”迈进了一大步。

　　最大的挑战是每个沙粒只能携带很少的计算资源。论文合著者、麻省理工学院计算机科学与工程教授丹尼尔·鲁斯说：“如果每粒沙里都能存一张数字图，要找出一种算法就很容易，但这根本不现实。怎样才能开发出有效的算法，在通讯水平和极短距离内不浪费任何信息呢？我们想每粒沙不必事先知道要组成什么样子。”

　　研究人员表示，他们将在今年5月份召开的IEEE机器人技术与自动化国际会议上提交论文，阐述这种“智能沙”算法。他们的“智能沙”使用的是类似于雕刻的“减法规则”，而不是LEGO拼装玩具那样的“加法规则”，沙粒能向前后传递信息，选择性地贴附在其他沙粒上，形成3维物体。“智能沙”并不只是简单地构建某个破损的机件，当它们完成了某项功用后，还会返回成一堆沙粒的样子，彼此分离独立，以便下次构建新的形状。

　　论文作者凯尔·吉尔宾解释说，沙粒首先彼此传递信息以确定哪些邻居丢失了，然后选择自己的位置，再给其他沙粒传递一个固定的距离信息，并反过来强化确定自身的位置。当复制品边缘建立以后，外面的沙粒就不再与周围邻居联系。

　　研究人员制作了一种边长10毫米的立方体，经过计算机模拟证明了这种算法的有效性，也可以把每一层立方体当作二维格子来用。他们把这种立方体叫做“智能卵石”（smart pebbles），每个立方体的4个面上装有永久电磁体，可以通过电脉冲磁化或消磁。彼此不仅能靠磁力相连，还能沟通共享磁力。每个“卵石”中都有一个微处理器，能存储32K字节的程序代码，只有2K字节用于工作记忆。

　　这种算法可以复制出是样本10倍大的物体，也可以调整生成许多大小一样的复制品，或复制一个大型物体。“比如你的汽车拉杆断了，你可以把它放到沙子里，得到一个新的。”吉尔宾说。

　　哈佛大学电力工程副教授、微型机器人技术实验室主管罗伯特·伍德指出，真正的智能沙要比这些10毫米的立方体小得多，但这并非不可逾越的障碍。目前的“卵石”已经拥有了核心功能，能理解邻居传达的信息、和邻居交谈、能做一些计算，这是最重要的。再把它们做得更小也是切实可行的，但还需要解决更多工程上的难题。