兒童玩具激發靈感，創造上天入地完美著落無所不能的機器人

三對相互平行的等長線段會構成什麼？或許大多數人想到的只有正方體了。而除去立方體，這三對相互平行的等長線段還有另一種相當神奇的存在，就是張拉整體結構了。

就像上圖這樣，六根等長的木棍，用細繩鏈接起來，便構成了簡單而神奇的張拉整體結構的玩具。這個玩具的神奇之處在於，它看似鬆鬆垮垮、毫無章法，但卻有一股打不死的小強的精神，因為無論外界怎麼摧殘它，當力撤回時，它還是能恢復的起初的狀態。

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受到這個兒童玩具的啟發，NASA的研究人員Vytas SunSpiral 和 Adrian Agogino創造了一款「超級球機器人」。因為他們意識到這種可壓縮的結構，著陸時吸收衝力的效果特別好，所以她是一個完美的著陸機器人。

NASA的SUPERball，由 6 根同樣的桿和 24 根線纜組成，其中 12 根可使用連接到桿的端部的電機來致動。

當然，上升到科學領域，簡單的玩具也會變得相當複雜，除了運用更加耐用先進的材料，研究人員還在剛性連桿兩端裝上了電機荷相應的編碼器。因為張拉整體結構有著不同尋常的結構和複雜的動力學，它的控制是一項艱巨的挑戰。所以在NASA與OpenAI的研究人員，一直努力探索著SUPERball的控制策略，這樣，也賦予了SUPERball更牛的技能。

SUPERball 模擬（上）和真實 SUPERball 機器人（下）所執行的朝向相機的滾動運動。

SUPERball的研究人員，應用機器學習的原理，開發了一種周期運動動作的鏡像下降引導策略搜索（MDGPS: mirror descent guided policy search）的全新擴展方法來自動學習運動步態（locomotion gaits），自此SUPERball不僅能抵抗著陸時的衝擊力，還能以它獨特的步伐「走路」了。

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加州大學聖地牙哥分校的科研人員，看到NASA的SUPERball機器人，也靈感大發，運用張拉整體的結構創造了DuCTT，意在用它來幫助清潔管道內的灰塵垃圾。這款機器人的神奇之處在於，只要有它可以借力的管道壁，它上天入地無所不能。

DuCTT機器人

DuCTT 機器人和NASA的SUPERball結構略有不同，它是由兩組四面體（tetrahedrons，即四個三角形面以共同邊丶共同頂點所組成的多面體）金屬支架組成，所有的電池丶馬達丶感應器（包括壓力偵測器）丶電子零件都藏在密閉的碳纖維管中，保護它們不受管道內可能的存在的液體或氣體污染丶侵蝕丶滲透。DuCTT 主要以鋁金屬構成，只有少部分不會直接受到衝擊的部分採取 3D 列印製作（如電池盒），內管和部分關節則用碳纖維打造。下面是DuCTT在管道內的運動形態。

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值得一提的是，「張拉整體」其實是由「張力」與「整體性」兩片語合而成。這個突破性概念最早由美國知名建築師巴克敏斯特．富勒（Buckminster Fuller，1895 – 1983）所創，描述一種特殊的建築結構，在這種體系里，分散的壓縮力來源與持續的張力來源產生對峙，達成內部整體的平衡與穩定，使得一切能量與空間都能夠以最高效益作分配丶使用。但NASA的研究人員，也確實是從兒童玩具那得到的靈感來創造的SUPERball，可見兒童時期對一個孩子的影響有多大，當然買玩具也是需要技巧的，我們要買有「乾貨」的玩具。

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