模块化是一种非常重要的设计思路——在机器人领域，彻底的模块化可以降低硬件生产成本和新软件开发难度，实现诸如自变形、自修复这样高大上的功能。今天我们就来说说那些模块化机器人。

看过《超能陆战队》都知道，电影里的主角 Hiro Hamada 秀出一款磁力机器人在比赛上备受瞩目。说是机器人，其实是由无数可以自己运动的小模块组合而成，可以由人的意念控制，随意变为各种形状。如同电影中所展现的那样，组合成桥梁、建筑物、快速移动的阶梯等都不话下。

模块机器人是由多个具有一定功能、结构和自治能力的可互换模块组成。虽然意念控制随意组合这样的黑科技还只是存在于动画片中，现实中最接近这样的技术也还有很大的差距，但它所展现的「模块化」和「可自重构」概念却非空穴来风。

七十年代采用模块化思路设计自动更换末端刀具的加工机器，八十年代日本的 Toshio Fukuda 首次将模块化设计应用在于整个机器人。科学家和工程师们已经钻研了四五十年，如今，模块化在机器人身上发生了哪些奇妙的结合呢？

达芬奇手术机器人

达芬奇手术机器人（Leonardo Da Vinci surgical robot），有一个庞大的四机械臂系统和许多不同功能的手术器械。这些手术器械顶端都有相同的驱动和连接机制「即手术器械图中的四个灰色圆盘，每个圆盘通过传动系统连接到主机械臂上的驱动电机」，可以被装在任意一条机械臂上。

在保证这个相同连接机制的基础上，生产商还能持续研发新的手术器械投入使用，而不必要求医院更换昂贵的机器人系统。

 达芬奇机器人的四机械臂系统

当然，这还是比较初级的模块化运用，展示了模块化设计可能具有的优点。模块化机器人本身是否能带来更不可思议的效果呢？

Baxter、 UR 系列等工业用的模块机器人

近几年驱动系统、传动系统等的快速更新换代，模块化机器人设计的想法也逐渐得到产品实现，比如 Rethink Robotics 的 Baxter、Universal Robotics 的 UR 系列机器人等，一旦这些机器人的任一个关节受到损坏，更换起来也十分的方便。

Rethink Robotics 的 Baxter

Universal Robotics 的 UR 系列

猿猴机器人 RoboSimian 

美国喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory, JPL）在 2015 年 DARPA 机器人大赛展示的猿猴机器人 RoboSimian 。它的每一个四肢都由七个旋转关节组成，每个旋转关节采用同样的硬件配置。虽然外观不大像猴子，但可以实现前进、攀爬、使用工具、开车等动作。

RoboSimian 跨过障碍物

RoboSimian 由爬行变为轮式（坐下、后腿缩到中间、举起前肢）

细胞机器人 Cellrobot

为了将模块化机器人提升到一个高级形态，国内一家初创公司利用「高级积木」做机器人的想法打造了一款细胞机器人 Cellrobot，这个产品由通用的球形单元和一些有特定功能（比如轮子、摄像头、灯光等）的 X 单元组成，可以由用户自己拼接设计为不同的形态。比如，机械臂、遥控汽车、甚至是人形机器人。

Cellrobot 组装的足式机器人

能爬管道的蛇形机器人

在仿生机器人领域，卡耐基梅隆大学（CMU）的蛇形机器人可以说是一个将模块化与仿生机器人完美结合的例子。这个蛇形机器人由近十个完全相同的模块组成。这个机器人不仅可以爬过管道，还能上树。

CMU 的蛇形机器人

蜘蛛外形的 Snake Monster

该实验室还利用同样的硬件和控制算法，用六个月的时间打造了一款蜘蛛外形的六足机器人 Snake Monster，它的每条腿都是用蛇的模块拼接而成。它可以感受周围环境对它的作用力，并调整姿态以维持平衡。

 CMU 的蛇形机器人「变身」六足蜘蛛 

相比之下，如果用 Cellrobot 的模块拼出了一只六足机器人，就算它能走，也很难爬过障碍物、或抵抗外界干扰。因为它并不具备感知外界作用力从而自我调整的能力。

模块化家具机器人 Roombot 

瑞士洛桑联邦理工学院早前就已着手研究模块化家具机器人 Roombot ，它具备无限的灵活性。一个小球体就是一个 Roombot，它们通过铰链相互连接，可按照指令移动、组装成各种不同的家具。

另外，你可以随时发出指令扩大书桌的面积、降低高度。同时，模块化机器人在被需要时随叫随到，不被需要时还会乖乖的靠墙站、码放起来等候下一个指令。

Roombot 家具机器人 

军用的 RoBattle 机器人

模块化机器人还被应用到军事防护上，以色列在陆军防务展 Eurosatory上展出的 RoBattle 新型机器人，配有 6 个独立液压悬挂车轮，还可以装备各式传感器、雷达、制图系统和远程控制作战模块。

这样的模块化设计可轻松完成改装，以满足不同任务需求，这一无人驾驶战车计划用于侦察活动、护送车队和执行其他作战任务。

以色列 RoBattle 新型机器人

这些模块化机器人还远不及电影里的磁力机器人那样强大，但相信在不久的将来，磁力机器人会给我们带来更震撼表演。

题图来源：电影『超能陆战队』