能更換壞死「組織」並轉移「大腦」，「神經系統」最複雜的機器人部隊來了！

雖然目前的機器人在很多方面比不上人類，但是，在可擴展性上，機器人可謂完虐身為碳基生物的我們。通過模塊化設計，機器人能夠合併、分解模塊，改變自己的功能、外形、體積，從而勝任不同類型的任務。

近日，由比利時、西班牙和瑞士研究人員組成的多國科研團隊展示了一種基於「可融合機器人神經系統」（Mergeable Nervous System）的高度靈活的模塊機器人。研究成果發表在近期的《自然·通訊》雜誌（Nature Communications）上。

有多靈活呢？堪比孫悟空的萬能毫毛。這個機器人系統不但可以根據環境「72變」，還能夠實現「自我修復」和「大腦轉移」，從而達到目前的機器人系統所不具備的高效控制效果！

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這些神奇功能的實現都依賴於上面提到的可融合神經系統，而這種神經系統的複雜程度在模塊機器人中也是前所未有的。

「自我修復」和「大腦轉移」

實驗中涉及的機器人模塊，由瑞士洛桑聯邦理工學院參與開發的組合集群機器人 marXbot 擔當：每個 marXbot 機器人都配有全景攝像頭、紅外感測器等，使用 Wifi、藍牙實現通訊，通過 ARM 處理器實現運算能力，並支持機器人模塊間通過特殊的硬體裝置進行連接。

表面上看，這些機器人模塊並沒有什麼特殊的地方：當機器人模塊未經連接時，每一模塊都有一個中心大腦，各自獨立工作。

而當模塊連接融合後，神奇的事情發生了——新的神經系統誕生：整個機器人系統會選擇一個模塊作為中心大腦（選擇的機制在下文），並將其他模塊僅當做「四肢」。中心大腦負責發出合併拆分命令，四肢則充當執行器和感受器，負責搜集信息。

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圖丨研究人員設置了一個有故障的機器人模塊。這種情況下，包含故障模塊的部分與系統分離，並在隨後加入兩個新的模塊以恢復原狀

有了大腦和四肢，自然也少不了「心跳」。在上述功能的背後，科學家們還開發了一個「心跳」通訊協議，這個協議正是用來感受機器人集合體中的「生命跡象」的。

在集合體中充當大腦的模塊，會定期發出類似於心跳頻率的信號，信號的內容包括通知肢體模塊多久「跳」一次，以及萬一有模塊受損誰來接替。

肢體的每個模塊收到信號後，會發出回復消息來證實自己的存在。一旦有肢體模塊受損失效（即「死亡」），其他健全模塊會接受到誰是「繼承人」的「遺囑」。這樣，根據這一神經系統的幾何結構，在等待一定時間後，肢體的「死亡」就會被感知和處理。這是這個系統的修復機制。

圖丨機器人的參數

那麼，如果大腦壞了呢？別擔心，系統中的大腦和四肢並不是固定不變的。

在這個系統中，無論是主導控制的大腦模塊或充當四肢的其他模塊，都可以相互轉換。所以當任意一個模塊失效後，失效模塊將被替換，新的架構馬上形成，使得其他部分重新工作。所以，電影裡面那些打掉一個腦袋再長出一個腦袋的畫面，對這個系統來說完全不是特效。

另外，機器人的每次合併和拆分都伴隨著系統內部變化信息的及時更新，而且整個過程並不會太耗時。

圖丨機器人模塊之間可以形成有一個「大腦」和多個「四肢」組成的任意整體組合。上圖展示了模塊結合形成不同形態的整體，並逆向解散恢復為獨立模塊的過程

等級制度

這個機器人系統還有一個設計巧妙的地方，那就是系統內部建立了等級森嚴的「階級制度」，這也是整個可融合神級系統得以運行的基礎。

系統中的每一個模塊雖然在功能和外形上並無差距，但實際上它們之間的關係其實呈樹形：處於樹形圖上游的模塊會被優先識別並用作大腦，而當某一模塊失效時，其他模塊也將按照順序來頂替它。

圖丨a 每個獨立機器人單元檢測到刺激源產生反應；b 兩個獨立的融合機器人對刺激源產生反應；c 兩個融合整體開始遠離刺激源；d 兩個整體開始合併為一個融合整體；e 形成的一個大整體檢測到刺激源；f 形成的大整體足夠靠近後遠離刺激源

在此前的相關自主模塊化機器人研究中，每個模塊是通過分散式控制部署的，也就是說當每個模塊有自己的「大腦」，在這些機器人要實現整體功能時就不得不通過通訊來達成協作。這就導致我們需要額外使用一個外部的控制器來協調整體動作，然後每個模塊獨立運行自己的任務。

而本次研究中的機器人神經系統模塊融合後，整個控制架構可以根據樹形結構，把各個模塊簡化為處於上游的中心大腦和處於下游的四肢，能夠靈活操縱整支隊伍實現任意動作，而不必考慮將動作在每個模塊預設協調。

融合後的個體僅保留一套大腦-四肢神經系統。除「大腦」之外，其它模塊僅知道它的下游模塊的存在。

如下圖所示，最遠端的模塊僅知道自己的存在。它的上一級會知道"掌握"其所有下級模塊的存在，直到最上游的控制中心能夠了解所有模塊。

當兩個融合個體再次融合為一個大型整體時，主動融合方將控制權交給吸收方，同時變為連接處的下游模塊。

因此，圖中接受連接的 B 模塊接管了新融合來所有模塊。而在融合後，新大腦會將整個新機器人的模塊拓撲結構更新。

這種自上而下自適應的中心化控制，允許機器人模塊形成更大數量規模的聯接，並通過增添模塊支持新功能。舉個不那麼恰當的例子，這就好像傳銷組織的上線間接遙控多級下線實現龐大管理規模，節約了大量精力。

以上這些智能特性，使得該系統形成的整體猶如一個高效的軍隊，當「司令部」失去了聯繫，其他「部隊」成員會立刻重新建立新的組織架構，確立新「司令部」，保證整體功能的正常執行。

而這一自上而下中心化控制，且每一模塊都有控制潛力的特性，目前就連神奇的大自然也尚未有有機體能夠實現。

圖丨

能做什麼

所以，現在展現在你面前的就是這樣一支機器人部隊：無論任意一個模塊發生故障，其他模塊都能自動替補，恢復功能。當控制中樞的大腦出故障時，肢體的每一部分也能夠重新確立新的中心大腦，拋棄失效器官，保證剩餘正常模塊繼續運行。

那麼，當機器人像百足之蟲，戰鬥至最後一「模塊」，會不會很可怕？聯想起前段時間馬斯克和AI專家呼籲聯合國禁止智能化武器，這個設計可能會讓人覺得毛骨悚然。

先別急著想像那麼嚇人的事情，這並不是作者的研究動機，在論文中，作者表示，未來的機器人將不會為某一特定任務而設計，我們將設計組合式機器人模塊，讓機器人功能更為靈活，並具有自適應能力，根據任務要求改變其功能、外觀和大小。

當然，這個系統也並沒有十全十美。目前研究存在的主要局限是，研究人員仍需要對全部機器人模塊進行編程，只有這樣才能保證這些模塊能夠正確地合併並拆分。而團隊下一步要做的就是讓每個模塊能夠自主學習，他們還計劃將「可融合神經系統」的概念擴展到可重新配置的模塊化機器人，使其具備更高的可擴展性。

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