《大英雄天團》中的微型機器人戰隊真的被發明出來了？

圖片為《大英雄天團》中的微型機器人

文｜腦極體

還記得電影《大英雄天團》裡面大反派的秘密武器——微型機器人嗎？

數十萬個微型機器人組成的黑色站隊，能夠在人類的控制下隨意排列組合， 一會兒排成一個人字，一會兒排成一個一字……等等，走錯片場了……是可以任意變幻成橋梁、快速移動的階梯、有衝擊力的風暴等等，不受障礙物影響地去完成各種任務。

威力如此強大的機器人集群，除了電影裡打打殺殺的場景之外，是不是也能做點好事呢？

往常我們總是將目光放在MIT、Deepmind、伯克利、波士頓等海外知名研究機構身上，其實中國科研團隊在機器人領域也有不少令人驚喜的收獲。

前不久哈工大的一篇論文就成功登陸了《科學》雜誌子刊《科學·機器人學》（Science Robotics），研究人員將電影中可怖的“黑色風暴”，變成了有望輔助癌症用藥的“蟻群”機器人。

具體怎麽回事，咱們趕緊往下看。

中國團隊研發的微型機器人，有望輔助治療癌症？

就在上個月，一篇題為《可重構磁性微機器人群：多模態轉換、定向移動與集群作業》（Reconfigurable magnetic microrobot swarm: Multimode transformation, locomotion, and manipulation）的科研論文引起了我們的注意。

來自哈工大的科研團隊發明了一種呈花生狀的磁性機器人。它們長3微米，直徑2微米，只有頭髮絲直徑的約四十分之一。

由大量這種機器人組成的群體可在旋轉磁場的調控下變為長鏈，以液體、渦旋、帶狀的形態運動，並且能夠實現快速而可逆的形態轉換。

這種集群型機器人鏈條的特點是，能夠在狹長的窄道中穿行，高效穿越狹長的模擬毛細血管。

還能夠模擬自然界的蟻群（渦旋模態）和鯡魚捕食陣列（橫帶模態），分別完成大負載可控輸送與大面積同步集群清理操作。

通過編程，由這種磁性微機器人組成的鏈條能夠在任何方向進行轉向，表現出了非常出色的機動性與穩定性。

可編程、可變型、可承重，這就為微型機器人群的任務前景帶來了很大的想象空間。

聽起來很美好，但在微型機器人這件事上，其實人類並沒有少走彎路。

過氣網紅：微型機器人的坎坷之路

微型機器人走紅的時間，可比這項研究還要早很多。

2014年，哈佛大學的計算機科學家和工程師就已經研發出了一種像蟲子一樣的微型機器人，名叫Kilobots，幾十個機器人湊在一起，在實驗室裡實現了覓食、編隊控制和蜂擁而上等一系列集群行為。當時，很多人認為協調數千甚至數萬個這樣的機器人，可以完成很多不可思議的挑戰，比如農作物授粉、穿過瓦礫搜救等等。

它的發明者科學家Radhika Nagpal還借此成為英國《自然》雜誌評選的2014年度十人。

但這個被寄予厚望的作品為何沒能普及開來呢？核心問題可能有這麽幾個方面：

一是溝通方式。Kilobot是通過紅外傳感器來實現主控台和機器人之間的溝通，一旦兩個機器人間距超過10厘米，它們就沒辦法交流了，自然也就無法將命令有效地傳導並執行。實驗最多觀察了50個左右機器人，數量越大，操作難度就指數級上升了；

二是運動能力。Kilobot是通過震動式馬達讓機器人抬起“腿”從而完成移動的。這種電流互動模式的結果是，排成一個字母或星星之類的形狀，都需要耗時12小時，很難再承擔什麽複雜任務；

三是應用場景。從設計結構上可以看出，Kilobot只能在平面上進行移動，它們自動變換形狀也是以平面形式來完成的，連坎坷的道路都無法搞定，更別提以三維的模式構建出其他物體了，這無疑大大縮減了它們應用上的可能性。

簡單的構造，並不複雜的技術，使得Kilobot雖然因為價格便宜而很容易被大批量製造出來，但卻是一個早產的“低能兒”，也讓人們對於微型機器人集群的期待陷入了冰凍狀態。

向自然致敬：“蟻群”機器人是如何協同工作的？

將目光拉回到本文的主角——“蟻群”磁性微遊動機器人。它們的命運會和前輩們有所不同嗎？

目前看來，是有可能的。

首先，來看看這個機器人集群是如何進行協作的，群體智商有沒有高一點呢？

為了解決多機器人的協作難題，科研人員從自然界中找到了靈感。很容易就能發現，分工協作的蟻群可構建複雜而精巧的蟻巢、搬運超重獵物，布陣捕食的鯡魚群可輕鬆捕獲非常警覺的橈足類動物等等。

這些生物從個體來看都毫不起眼，但組織在一起卻完成了許多難以想象的複雜問題。因此，科研人員沒有採用傳感器等外接設備，而是讓這些機器人通過非常小的作用力交流，形成一個動態系統，就像蟻群用觸覺或氣味交流一樣。

另外，它們還能探測光源的強度，而光的強度又與預先計算好的時間相對應，這個時間告訴機器人，何時展開和收縮，最終，通過脈動運動讓整個裝置移向光源。

這樣做的好處是，不受距離和外部設備的影響，機器人群體就能以一個整體的形態完成持續的溝通與高效的協作。

另外，在旋轉磁場的調控下，“蟻群”磁性微遊動機器人的環境適應能力也更強。

“蟻群”的排兵布陣是以動態自組織的形式完成的，可以重新配置成多種模式，比如以長鏈形式穿越狹長通道等等，這種隨環境或任務快速響應的同步運動方式，使它可以完成大負載可控輸送與大面積清理等任務需求。

基於上述特徵， “蟻群”磁性微遊動機器人的價值也就得以清晰而聚焦地呈現出來，那就是生物醫療。

由於體型足夠小足夠靈活，這種機器人可以搭載藥物直達毛細血管末端、視網膜等其他手段難以直接治療的部位，為疾病的早期診斷與治療提供輔助。

未來隨著技術的加強，還可能直達病灶部位，識別並攻擊病變細胞，協助癌症治療。

對於普通人來說也有價值。這種微遊動機器人幾乎不需要考慮續航、操控、劫持風險等問題，可以安全地留存在人體內部，實現健康狀況的在體監控。

去掉大腦？機器“智能”或許和我們想的不一樣

沒有電路，沒有算法，成本低廉，“蟻群”磁性微遊動機器人被賦予“智商”的方式和我們以往對機器智能的理解完全不同。

過去業界總是傾向於將機器人設計成大白那樣和人類高度相似的產品，卻忽略了稱得上是“低能”的微小機器人，通過協作其實絲毫不亞於大型智能機器人。

比如波士頓動力的機器人，要完成複雜的動作，必須對應不同的算法，比如跑步、蹲、跳躍等，各種軟法軟體結合Bot軸等硬體，才能完成具有高度自由度的運作。

但是，這類技術方案的弊端也日益暴露出來。

首先是深度學習等方法在機器人硬體上落地的局限性。比如訓練周期長，投入成本過高，可供采集的樣本少，機電系統的不穩定性，算法性能參差不齊，實驗室成果和實際應用差距太大等等。

另外，實現成本和商業化落地也成了大型智能機器人的“要命”考驗。

就在去年，作為協作機器人（Cobot）的鼻祖，Rethink Robotics宣布倒閉。其產品很難控制，需要通過周身的傳感器和控制軟體來防止機器人意外傷害到靠近的人類。因此隻局限於工廠車間等特定區域，很難全面打開市場，只能在商業上迎來失敗。

技術和應用上的重重壁壘，讓越來越多的專家開始思考另一種“零智商”的智能實現方式。

比如Rethink Robotics的聯合創始人、前麻省理工學院計算科學和人工智能實驗室主管羅德尼·布魯克斯Rodney Brooks，作為機器人專家，他為機器人找到了新的方向——“去掉大腦”。即機器人不必知道自己身處何方，只要像螞蟻一樣保持工作就行了。

與他持同樣觀點的還有科學作家凱文凱利，他曾在《失控》一書中預測到，未來機器人將按照“無中心分布式系統”模式來運行，大量“愚蠢”的個體在分工的情況下完成高難度的行為。

某種程度上，這有點像人類智力的實現方式。

大腦並不是以一個整體來完成思考的，而是通過許許多多微渺而無意識的神經環路構成的神經網絡來實現所有的智力活動。

因此，“蟻群”磁性微遊動機器人給我們帶來的，比可行性與商業價值更重要的，是其背後所隱藏的技術思路——運用成本低廉的小機器集群，而不是高級電腦或成本高昂的機器人來解決問題。

先讓單個機器人完成簡單的動作，比如移動與重組。再在此基礎上一步步疊加更多複雜的功能，並不斷重複，比如通過作用力實現集群活動和形態轉換，最終實現整個人工智能的突破。

事實上，在許多頂尖的機器人實驗室中，微型機器人正在越來越多地引起重視。比如卡耐基梅隆大學的野地機器人學中心最近就在改變研究方向。

他們曾經花費10年時間製造出一台名為“漫步者”的機器人，以實現遠地行星考察。這個機器人被設計的十分笨重，重達2噸。每走一步，它都要更新頭腦中的環境輪廓圖，而作為頭腦的中央電腦則被一條長長的電纜連在機器人身上。

研究者發現，這樣的大家夥是永遠不可能離開地球的，因為根本不存在那麽長的電纜。而如果採用遠程控制，那麽位於火星的“漫步者”需要等上幾分鐘才能接到地球發出的指令。它邁出一小步時，微型磁力機器人可能已經跑了一個來回了。

目前我們所看到的“蟻群”磁性微機器人還只是一個醫療領域的創新突破，未來或許正如凱文凱利所預測的那樣，“蟻群”磁性微遊動機器人這種“去中心化、無領導的、點對點的、網絡特徵的（大規模）合作”，才是“極具能量的完成任務方式”。

總而言之，在機器人智能這件事上，我們看到過很多種技術思路和解決方案。哪個才是通向人工智能的正確路徑目前還不得而知，但隨著一個個“蟻群”這樣顛覆式成果的出現，一首機器與智慧之間的命運進行曲終將被奏響。