挑戰杯：我要把作品送到“嫦娥”上去

本報記者 邱晨輝

自從看到隔壁宿舍師兄研製出一個以電池為動力行走自如的小車后，楊建勃對機器人的興趣便一發不可收。那年他上大一。時過4年，已是北京航空航天大學研一學生的他，帶自己團隊設計的機器人來到挑戰杯的決賽現場。此時，他有了新目標，“要把我們的作品送到‘嫦娥’，送到‘天宮’上去。”

楊建勃的團隊給它取名叫細胞機器人。顧名思義，細胞機器人由每個外形以及內部機械結構完全相同的細胞單體構成，每個單體就像放大億萬倍的細胞，通過“增殖”和“分化”構成細胞組合體，從而具有了一定的功能，來完成一定任務。

比賽現場，一個四足形態的細胞機器人吸引了不少人駐足觀摩，“這個大傢伙能走嗎？”楊建勃在現場聽到最多的就是這樣的問題，於是他打開電腦調試代碼，按下“loop”按鍵，這個由11個細胞單體組成的“大傢伙”就開始動了起來。

動起來只是第一步，另一個細胞機器人擺動起了手臂，並試圖將“手指”觸碰地面。這個由6個細胞單體組成的機器人在俯身時，全身的關節似乎都動了起來。如果觀看過邁克爾·傑克遜的機械舞，對這樣的景象一定不陌生。這也正是細胞機器人的一大優勢：相比通常的轉軸與連接面90度夾角，其優化三稜錐外形的夾角僅為35.26度，換言之，這種特殊的夾角和仿生設計的對角行走模式，展現了更加靈活的步態。

如同細胞通過分裂和分化形成不同的組織，進而形成生命體，機器人為何不能也這樣？讀大二時，楊建勃從老師那裏領到一個“做出一份可重組模組機器人”的任務。

不過，那時他們腦子尚未有任何“細胞”的概念，以至於他們做出的第一稿機器人和如今的樣子有天壤之別，“就像一個怪物一樣，又醜又占空間”。

歷時兩年，如今的細胞機器人單體由兩個三稜錐外形部分構成，共有6個連接面，每個連接面都可通過手動螺紋與其他細胞單體相連，從而完成重構適應不同的任務需求。

建立一個思維框架，打破，再立，其過程起來簡單，但真做起來其煎熬程度卻是常人難以想象的。楊建勃的指導老師、北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院副院長王少萍教授告訴記者，七八月份，楊建勃和他的團隊沒日沒夜工作，不是在實驗室圖紙、做試驗，就是頭腦風暴，“那時候還沒有3D打印，學生們就用泡沫把‘細胞’一個一個刻出來。”

不過，汗水和智慧打造出來的最終作品還是讓王少萍感到欣慰。在給評委的演講稿上，學生們這樣寫道：這種獨創的自動連接裝置因其結構精巧、連接剛度大、周向鎖定，細胞機器人在現代化工業生中可組裝成適應不同品的機械臂，甚至在抗震救災任務中可改變構型以適應不同環境。

在現場，楊建勃的團隊還演示了細胞機器人“靈活調皮”的一面。他告訴記者，與國內外同領域研究相比，細胞機器人單體具有6個連接面。運動靈活，可以實現三維運動。單個模組驅動功率高，提高了帶載能力。而相比於其他模組化機器人的電磁式連接，細胞機器人獨有的周向定位圓錐彈銷可伸縮高誤差容忍自動連接件，還可實現機械式的自動對接與姿態校正。

楊建勃的“空天夢”並非遙不可及。事實上，細胞機器人在航天領域有不小的應用前景。由於對運載火箭載重量及經濟性的考慮，無法將各種功能的機械臂都運送到太空中執行任務，而細胞機器人系統可以根據不同的任務變換構型。如同細胞通過分裂和分化形成不同的組織，進而形成生命體，機器人也可進行完全的重組和“新陳代謝”。

同時，細胞機器人系統由於其模組化設計，具有很強的自維護性能，某一模組發生故障時，只需用新模組替換即可。這一點對於執行外太空任務意義重大。“且不航天員出一次艙門的費用有多高，僅其麻煩程度就可想而知”，楊建勃已經有了“量”的打算，他的設想，讓觀摩的人大為吃驚。

如同普通越野車屁股上背的“備胎”，細胞機器人在登陸“嫦娥”、“天宮”之時，也會帶若幹個細胞單體作為“備胎”，一旦某個零件或單體發生故障，可隨時更換。

有人問：如果是中間的某個單體壞了，細胞機器人怎麼給自己替換？楊建勃指細胞機器人那像蛇一般的整體形態，“頭尾相接，中間的自然就變成了頭或尾，再去更換即可。”