从长出翅膀的蝴蝶到更换外壳的寄居蟹，许多动物都必须改变外在特征才能生存。人类虽然不会经历这种蜕变，但我们常常尝试创造同样能够适应环境的实用物品，包括机器人。
不过，尽管你可能在《变形金刚》电影中见过各种变形场面，如今的机器人仍相当不灵活。它们的各个部件通常结构固定、用途单一，因此难以完成多种多样的动作。
麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的研究人员正致力于改变这一现状，他们研发了一款新型变形机器人，堪称超级英雄：它可以换上不同的“装束”，从而执行不同任务。
这款立方体机器人名为“Primer”，可以通过磁力控制，实现行走、滚动、航行和滑翔。它穿戴不同的外骨骼来完成这些动作；外骨骼起初是塑料片，加热后会折叠成特定形状。Primer完成任务后，可以浸入水中脱下“皮肤”，水会溶解外骨骼。
“如果我们希望机器人帮助我们做事，为每项任务都配备一台不同的机器人，效率并不高，”该项目负责人、CSAIL主任 Daniela Rus 说。“采用这种受蜕变启发的方法，我们可以为单台机器人配备不同的‘配件’，让它在不同情境下使用，从而扩展其能力。”
Primer的不同形态各有优势。例如，“轮式机器人”装有车轮，移动速度是“步行机器人”的两倍。“船式机器人”能在水面漂浮，承载重量接近自身重量的两倍。“滑翔机器人”可以滑翔更远的距离，这可能有助于部署机器人或切换环境。
Primer甚至可以像俄罗斯套娃一样同时穿戴多套装束。它可以先加装一套外骨骼，变成“步行机器人”，随后再与另一套更大的外骨骼连接，从而搬运物体，并以每秒两个身长的速度移动。要启用第二套外骨骼，“步行机器人”会踏上塑料片，随后塑料片的四条自折叠臂会将机器人包裹起来。
“设想一下未来太空探索中的应用：你可以向火星发送一台机器人，并为它配备一叠外骨骼，”博士后 Shuguang Li 说。他是这项研究的共同作者之一。“机器人随后可以通过穿上不同的‘装束’来执行不同任务。”
该项目由 Rus 和 Shuhei Miyashita 领导。Miyashita 曾在CSAIL从事博士后研究，目前担任约克大学微型机器人研究组主任。共同作者还包括 Li 和研究生 Steven Guitron。相关论文发表于期刊 《Science Robotics》，刊发日期为9月27日。
机器人的蜕变
Primer是在 Rus 团队此前多个项目的基础上研发的，其中包括 磁性模块，它们能够自行组装成不同形状；以及厘米级微型机器人，可用塑料片进行精确的定制。
虽然人们已经研发出能够改变形态或功能的较大型机器人，但要在小得多的尺度上构建这类结构，通常仍很困难。
“这项工作较作者此前的研究有所进展，因为他们如今展示了一种能够实现五种不同功能的方案，”多伦多大学机械工程助理教授、微型机器人专家 Eric Diller 说。他没有参与这篇论文。“此前的研究最多只能在两种功能之间切换，例如‘打开’或‘闭合’的形态。”
研究团队列举了能够通过快速更换“装束”来完成多种动作的机器人的诸多潜在应用。例如，假设需要将一些设备搬过一条溪流。一台配备多套外骨骼的机器人可能先航行过溪流，再在对岸搬运物体。
“我们的方法表明，受折纸启发的制造方式能够让机器人部件具备多功能、易获取且可重复使用的特点，” Rus 说。她是麻省理工学院 Andrew and Erna Viterbi 电气工程与计算机科学教授。
这些外骨骼只需数小时即可设计完成，加热几秒钟后便会折叠成形，这为机器人快速制造提供了一种新思路。
“我可以设想，这类装置将来会用于‘微型工厂’：预制部件和工具可以让一台微型机器人按需完成许多复杂任务，” Diller 说。
下一步，研究团队计划探索如何赋予机器人更广泛的能力，包括在水中行驶、在沙地中掘进以及改变颜色以伪装。Guitron 展望未来的机器人社区能够共享零部件的开源设计，就像3D打印爱好者在 Thingiverse 等网站上交流创意一样。
“我可以想象，有一天我们能够为机器人定制不同的手臂和附肢，” Rus 说。“既然只需更新机器人某个部件，为什么要更新整台机器人呢？”
该项目部分经费由美国国家科学基金会提供。
