一种可能的形式。如果用电脑来帮助模拟机器人的结构呢？麻省理工学院(MIT)的研究人员成功开发了一种计算机系统，可以模拟机器人的形状并帮助确定哪种设计最有效。例如，如果我们需要根据现有材料打造一个可以在故障道路上爬行的机器人，那么在设计它的外观时，我们可能希望它的身体尽可能短，手臂尽可能长，以适应这种接地故障。然而，设计出来的机器人可能并没有我们想象的那么理想。如下图所示，机器人在爬行过程中似乎有些吃力，长长的“手臂”也让它行动迟缓。图｜系统优化前在故障路上行走的机器人模型，那我们不妨让电脑帮忙设计一下。使用麻省理工学院研究人员发明的系统RoboGrammar，我们只需要将要使用的机器人部件（如关节、连杆等）输入系统，然后告诉系统机器人需要行驶的道路类型在。合适的机器人结构。就这样，下图是RoboGrammar给出的设计之一。经过系统优化的机器人在身体比例上明显协调了许多，爬行速度也更快了。图｜在SIGGRAPHAsia2020会议上发表了题为“RoboGrammar:GraphGrammarforTerrain-OptimizedRobotDesign”的关于系统优化后在故障道路上行走的机器人模型的相关研究。图｜相关论文（来源：麻省理工学院官网）论文第一作者、麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）博士生AllanZhao表示：“机器人设计仍然是一个非常手工的过程。他描述了RoboGrammar被称为“一种更具创造性的机器人设计方法，可能更高效。”研究人员表示，这一进展可能会为设计机器人形状的领域注入一些计算机辅助创造力。研究人员开发了一种受节肢动物启发的递归图文法规则。AllanZhao表示，机器人设计用于执行各种各样的任务，但“它们的整体形状和设计往往非常相似”。例如，“当你想要构建一个需要穿越各种地形的机器人时，你可能会立即想到像狗一样的四足动物，我们想知道那是否真的是最好的设计。”艾伦的团队推测，更多的创新设计或许可以提升机器人的功能。所以他们建立了这个计算机模型，它完全不受以前约定俗成的影响。虽然研究旨在创新，但需要制定一些基本规则。因此，研究团队开发了一种递归图文法（recursivegraphgrammar）来约束机器人部件的排列。例如，相邻的外伸支架应与一个接头连接，而不是另一个接头。这些规则确保每个计算机生成的设计都是可行的，至少在基本层面上是可行的。图|系统的输入是一组基本的机器人部件，例如连杆、关节和末端结构，以及至少一个地形，例如阶梯地形或有墙障的地形。RoboGrammar系统提供了一种递归图语法，可以有效地生成数十万个由给定组件构建的机器人结构。然后，研究人员使用图形启发式搜索和模型预测控制(MPC)来促进大型设计空间的探索，并为给定地形识别高性能示例。研究人员表示，这种方法允许对机器人的结构和控制器进行共同优化。与许多模仿动物形状建造的机器人一样，AllanZhao还表示，他的团队的图形语法规则也受到动物的启发，尤其是那些无脊椎动物，包括昆虫、蜘蛛和龙虾。“它们的特点是中心体的节段数量可变，一些部分由外伸支架连接。我们注意到，这不仅足以描述节肢动物，也足以描述更熟悉的动物形式，包括四足动物。”因此，研究人员以节肢动物为灵感，设计了RoboGrammar系统，并加入了一些其他的机械功能，比如用轮子代替机器人的“腿”。图｜系统优化前的带轮子的机器人系统设计的机器人并不总是最好的，需要控制每个机器人的运动并评估其功能RoboGrammar使用图语法规则设计了数千种潜在的机器人结构。有些看起来有点像赛车，有些看起来像蜘蛛，或者是一个做俯卧撑的人。图|系统优化的冰上行走机器人模型AllanZhao说：“我们很高兴看到各种各样的设计。这无疑显示了图形语法的创造力。”但研究人员还表示，该系统设计的机器人并不总是质量最好的。而且，系统给出的设计很大程度上是基于人们输入的组件类型。选择最佳机器人设计需要控制每个机器人的运动并评估其功能。“到目前为止，机器人只是模型，”AllanZhao说。该团队使用一种称为模型预测控制的算法为每个机器人开发了一个控制器，该算法优先考虑快速前进。控制器是使这些结构栩栩如生的一组指令，控制机器人各种电机的运动顺序。“机器人的形状和控制器密切相关，这就是为什么我们必须为每个给定的机器人单独优化控制器。”搜索”来寻找高性能机器人。这个系统的发明并不是为了取代人。AllanZhao希望用这个系统来激发人们的创造力。哥伦比亚大学的机械工程师和计算机科学家HodLipson，他没有参与其中在该项目中，他说，“这项工作是25年来自动设计机器人形状和控制的结晶。”“使用形状语法的想法已经存在了一段时间。”，但没有一个实现这个想法和这个一样完美。”
