让机器人新陈代谢：哥伦比亚大学开发可自我修复与成长的机器人

抖音热门 2025年07月24日 03:05 1 admin

哥伦比亚大学的科学家们实现了机器人技术的重大突破，开发出能够通过吸收环境材料或其他机器人部件来实现自我成长、修复和改进的机器人系统。这项发表在《科学进展》杂志上的研究引入了"机器人新陈代谢"概念，为机器人技术的未来发展开辟了全新方向。

传统机器人面临的根本限制在于其封闭式的身体结构，无法实现成长、自我修复或适应环境变化。然而，哥伦比亚大学工程学院和华盛顿大学的研究员菲利普·马丁·怀德领导的团队打破了这一局限。怀德解释说："真正的自主性意味着机器人不仅必须独立思考，还必须在物理层面维持自身。就像生物生命吸收和整合资源一样，这些机器人使用来自环境或其他机器人的材料来成长、适应和修复。"

这些特拉斯连接自组装形成一个四面体。学分：创意

这一革命性技术的核心是名为"桁架连接"的机器人模块，这是一种受Geomag玩具启发的磁性棒状设备。每个桁架连接模块都配备了自由形式的磁性连接器，可以在各种角度扩展、收缩并与其他模块连接，使它们能够形成日益复杂的结构。

技术原理与实现机制

研究团队展示了单个桁架连接模块如何自组装成二维形状，然后变形为三维机器人。这些机器人随后通过整合新部件进一步改进自身，有效地"成长"为更有能力的机器。例如，一个三维四面体形状的机器人整合了一个额外的连接模块，可以像拐杖一样使用，将其下坡速度提高了超过66.5%。

这种机器人新陈代谢过程模仿了生物系统的基本特征。正如生物体能够分解和重新利用氨基酸等基本构建块一样，这些机器人能够从环境中或其他机器人身上获取部件，并将其整合到自身结构中。这种能力使机器人能够根据任务需求和环境条件动态调整自己的形态和功能。

哥伦比亚大学机械工程系教授、创意机器实验室主任霍德·利普森指出："过去十年中，机器人的'大脑'通过机器学习实现了飞跃式发展，但机器人的身体仍然是整体式的、不适应性的和不可回收的。相比之下，生物体的特点就是适应性——生命形式可以成长、愈合和适应。这种能力在很大程度上源于生物学的模块化特性，它可以使用和重复使用来自其他生命形式的模块。"

应用前景与挑战

这项技术的潜在应用领域广泛，特别是在灾难救援和太空探索等特殊环境中。在这些场景中，机器人需要在缺乏人类直接干预的情况下长期独立运行，自我修复和适应能力变得至关重要。

怀德强调："机器人新陈代谢为物理世界提供了数字接口，使AI不仅能够在认知上进步，还能在物理上进步——创造了一个全新的自主性维度。最初，具有机器人新陈代谢能力的系统将用于灾难恢复或太空探索等专业应用。最终，它为AI能够构建物理结构或机器人开辟了可能性，就像今天它能够编写或重新排列电子邮件中的文字一样。"

这种技术的发展时机尤为重要。随着自动驾驶汽车、自动化制造，甚至国防和太空探索等领域越来越多地依赖机器人，维护这些机器的问题变得日益紧迫。传统的维护模式依赖人类干预，但在某些极端环境中，这种方式既不现实也不经济。

研究团队设想了未来的机器人生态系统，其中机器能够独立维护自己，根据意外的任务和环境进行成长和适应。通过模仿自然界的方法——从简单的构建块构建复杂结构——机器人新陈代谢为具有物理发展和长期韧性的自主机器人铺平了道路。

伦理考量与未来展望

然而，这项技术也引发了重要的伦理和安全考虑。利普森教授谨慎地指出："自我复制机器人的形象会让人联想到一些糟糕的科幻情节。但现实是，随着我们将越来越多的生活交给机器人——从无人驾驶汽车到自动化制造，甚至国防和太空探索——谁来照顾这些机器人？我们不能依赖人类来维护这些机器。机器人最终必须学会照顾自己。"

这种担忧并非毫无根据。自我修复和成长的机器人系统需要严格的控制机制，以防止意外的自我复制或恶意行为。研究团队正在开发相应的安全协议和限制机制，确保这项技术的负责任应用。

从技术角度看，机器人新陈代谢仍面临诸多挑战。如何确保机器人能够正确识别和整合合适的部件，如何防止不兼容材料的整合，以及如何在复杂环境中维持系统稳定性，都是需要进一步研究的问题。

此外，这项技术的商业化应用还需要考虑成本效益、标准化和互操作性等因素。虽然概念验证已经成功，但要实现大规模部署，还需要解决材料科学、控制算法和系统集成等多个层面的技术挑战。

尽管存在这些挑战，机器人新陈代谢技术代表了机器人学发展的重要里程碑。它不仅为机器人技术的未来发展指明了方向，也为我们重新思考机器与环境、机器与机器之间的关系提供了新的视角。随着技术的不断完善和应用场景的扩展，这项创新有望在多个领域产生深远影响。