Science子刊重磅：哥大团队打造“会新陈代谢”的机器人，靠“吞噬”同伴实现自我生长与修复

最新推荐文章于 2025-11-24 15:30:49 发布

原创最新推荐文章于 2025-11-24 15:30:49 发布 · 748 阅读

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

摘要：机器人一定要是出厂时什么样，就永远是什么样吗？哥伦比亚大学在《Science》子刊上的最新研究彻底颠覆了这一传统认知。他们设计出一种名为“Truss Link”的模块化机器人，能够像生物体一样进行“新陈代谢”——通过吸收、重组甚至“吞噬”同类零件，实现物理形态的自我生长、摔散后的自我修复、以及损坏部件的主动更换。这不仅仅是软件层面的学习，更是物理层面的进化。

一、打破“封闭系统”，重新定义机器人“生命”

传统的机器人，无论其AI算法多么先进，其物理形态本质上都是一个封闭系统。它们被设计和制造成固定的整体，无法从环境中获取材料来改变自身的物理结构。这意味着，一旦损坏，它们无法自愈；想要升级，只能回炉重造。

为了突破这一瓶颈，哥伦比亚大学创意机器实验室的研究团队从生物体这一典型的开放系统中汲取灵感。生物体通过摄取环境物质（食物）、代谢、并排出废物来维持生命、生长和修复。受此启发，团队提出了**“机器人新陈代谢”（Robotic Metabolism）** 的革命性概念。

机器人新陈代谢的核心标准：

自主性：机器人的生长和修复过程完全依靠自身能力以及同类模块间的协同配合，无需任何外部的、非同类的机械臂或人工干预进行拼装。

物质守恒：外部环境只提供有限的、同类型的模块化零件和能量。代谢过程中不引入任何全新的、功能不同的外部组件，完全依赖现有模块的消耗、重组和再利用。

这个概念的提出，标志着机器人研究从单纯追求“智能”向追求“生命特征”迈出了关键一步。

二、核心构件：Truss Link 模块详解

要实现如此复杂的“新陈代谢”，离不开其核心硬件——Truss Link模块。它并非一个简单的连接杆，而是一个集成了感知、计算、驱动和通信功能于一体的智能单元。

Truss Link 核心技术参数：

可伸缩结构: 每个模块都基于条形结构，内置两个棱柱形致动器。收缩状态下长度为28cm，完全展开后可达43cm。这种线性伸缩是实现机器人形态变化和移动的基础。
智能磁性关节:
- 两端配备了强大的磁性连接器，内部封装了直径1.27cm的钕磁铁球。
- 最精妙的设计在于，磁铁支架允许磁铁自由旋转，使其可以在连接时被动调整极性，确保多个模块（实验中最多6个）能在同一点上以多角度稳固连接，并使吸引力达到平衡。
内置“大脑”与神经系统:
- 微控制器: Particle Photon (负责处理逻辑与控制)。
- 通信模块: WiFi天线 (用于模块间以及与外部的通信)。
- 能源系统: 内置电池、电压调节器和用于监测电量的分压器。