由棍棒制成的机器人

夏末，正当树叶在炎热的天气里开始变得酥脆和卷曲时，德文·卡罗尔走出他的公寓，看着地面，拿起几根他认为可能对他的机器人有用的棍子。他大约半英寸厚，一只成年人的手的长度，剥掉了三根树皮，并用绳子把它们绑在StickBot上，StickBot是一个由电路、致动器、微控制器和电机驱动器组成的模块化机器人。

由四节AA电池供电，由迷宫般的电线和闪烁的灯光连接，StickBot的木制手臂现在不停地捶打，为宾夕法尼亚大学通用机器人，自动化，传感与感知(GRASP)实验室的桌子对面的机器人提供动力，卡罗尔是工程与应用科学学院的博士候选人。

卡罗尔使用他设计的应用程序控制机器人，展示了StickBot如何从在“爬行模式”中将棍子用作腿，转为将它们用作手臂。在“抓取器模式”中，棍子连接到一侧的控制器板上以形成铰链接头，同时用其自由端移动以将杯子直立。

StickBot不是一个静态的，单一的发明，而是一个想法，一个灵活的系统，可以通过多种方式重新配置。StickBot是一个模块化的机器人，可以根据需要添加，调整和丢弃。

卡罗尔的顾问马克·伊姆(Mark Yim)已经在宾夕法尼亚大学工作了17年，现任巨猿生存方案实验室主任。Yim说，模块化机器人的高度多功能性为该技术的发展带来了巨大的潜力。其中一个迭代是自我配置机器人。“人们非常善于适应不同的环境：当天气变冷时，你会穿上外套。机器人也可以做到这一点。但是，如果机器人也可以改变它们的形状，做不同的事情......它给了你更多的可能性。

除了由棍棒制成的机器人外，卡罗尔还建造了一个由冰制成的机器人。机器人有一个矩形的身体和两个大轮子，看起来像一辆怪物卡车和一辆库什曼车之间的十字架。当然，它被称为冰机器人。

IceBot在吉尼斯世界纪录中获得了2020年的条目，成为第一个完全由冰制成的机器人(除了它的电机驱动器和执行器，卡罗尔将其嵌入雕刻的孔中)。卡罗尔希望这项技术有朝一日能够用于在南极洲或冰冷的月球上执行任务，可能是作为一个自我配置的机器人。就目前而言，这是一种完善他对模块化机器人的想法的方法。

“从IceBot身上学到的教训，”卡罗尔说，“是，不要害怕尝试一件疯狂的事情。它可能就行得通了。

找到的对象，重复使用材质

有了StickBot，卡罗尔继续他的创造性实验。这一次，他专注于保持低成本，并创建一个可以执行一系列任务的简单系统。

“StickBot是一个机器人系统，旨在以极低的成本为用户提供大量的灵活性，我们通过利用所发现材料的模块化来实现这一目标，”卡罗尔说。“我们有一堆树枝或树枝，我们能够将它们组装成不同配置的桁架结构。通过这样做，我们可以得到像爬行机器人或抓手机器人这样的东西，或者真的，任何你能想象到的东西。StickBot背后的是重新配置事物并使其非常实惠的能力。

卡罗尔估计，对于一个简单的模型，StickBot的总构建成本不到一百美元，尽管更大的系统可能会花费更多。虽然某些组件(如执行器和电机驱动器)是机器人功能不可或缺的一部分，但其他组件可以根据正在执行的任务和手头的材料进行更换。(卡罗尔正在探索使用热胶水和胶带代替绳子。他说，机器人应该能够用人们手头上的东西来构建。

减少，再利用和回收的精神从卡罗尔年轻时就一直伴随着他。卡罗尔在马萨诸塞州农村的一个农场长大。他是4-H的成员;他养羊。“我们所做的一切都是为了可再生能源，”卡罗尔说。“建造谷仓或棚屋之类的东西，我们会尝试尽可能多地重复使用材料。

后来，卡罗尔去了马萨诸塞大学阿默斯特分校学习机械工程，并在哈佛大学参加了一个暑期本科生研究体验(REU)项目，在那里他建造了他的第一个机器人。“我是工程学院的大二学生，不知道我想做什么，”卡罗尔说。“那年冬天，我一直在哈佛森林工作，只是为他们做维护。一位研究人员走过来对我说：“你是机械工程师，对吧?”你能为我建造这个机器人吗?

卡罗尔建造了这个机器人，“本质上是一个装有一堆传感器的盒子，”他说，并在树冠上设计了一条电车跑道，三个脚手架高度。该机器人由太阳能充电电池供电，旨在穿越一个区域，以帮助生态学家确定森林在清除后再生的速度。

对于一位年轻的工程师来说，这是一次有影响力的经历。“我在那里，被生态学和树木以及所有这些研究人员和科学家所包围。那里的人们非常关注我们如何以积极的方式影响我们周围的世界，并创造一种可再生资源，所以我们不仅仅是在用掉一些东西，我们实际上是在回馈社会。

经济实惠且易于使用

StickBot式机器人的一个可能应用是全球医疗保健中的康复设置，无论是作为假肢还是在治疗中。卡罗尔说，高端医疗程序都很好，但它们在各种环境中都能负担得起吗?一旦高科技设备坏了，修复起来有多容易?

“如果我们能够在这样的场景中部署像StickBot这样的机器人系统，那么突然之间，我们可以对更多人的生活产生影响，”卡罗尔说。由于StickBot是一种相对简单的模块化机器人，因此其组件可以更容易地进行维修和更换。

“通过让人们能够使用周围的材料，我们做了两件事，”卡罗尔说。“首先，我们削减了材料的成本，这些材料被标记起来。第二，我们可以在不降低运营功能的情况下降低复杂性。

对于全球健康来说，这绝对是一个及时的想法，宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院物理医学和康复副教授米歇尔·约翰逊(Michelle J. Johnson)说。约翰逊是康复机器人实验室(A GRASP实验室)的主任，他也在博茨瓦纳进行研究。“其中一个大问题是可负担性，”她说。有必要在资源匮乏的环境中支持临床医生，但我们该怎么做呢?”

约翰逊说，利用本地和丰富材料的负担得起的机器人的概念是引人注目的，因为当必须进口材料和电子产品时，成本会迅速增加。

模块化机器人也可以是可定制的，随着时间的推移，健康诊所可以投资机器人的功能。“也许今天你只能买得起一个模块，然后明天你可以买得起第二个模块，现在，你有一个可以以多种方式使用的系统，”约翰逊说。“你可以边走边建。

约翰逊说，StickBot系统有可能被用作社交，治疗，假肢或辅助机器人。在博茨瓦纳，约翰逊的一些患者感染了艾滋病毒，这可能会引发中风。她说，像StickBot这样的治疗机器人可以用来支持即时的功能需求或帮助患者进行物理治疗锻炼。

思想的功能性应用对卡罗尔很重要。他希望每个人都能接触到有趣的设计，这些设计有可能改善生活。

“你看过《大英雄6》吗?”卡罗尔问道。他认为迪士尼电影应该被要求观看，至少对于那些对机器人感兴趣的人来说。在其中，主人公参加了一个面向学生的工程演示，并举起了他的发明——看起来像一个微小的铁屑，比小指还小。观众不为所动。然后，英雄展示了成千上万的这些小傻瓜可以做什么。模块化机器人连接在一起并再次分离，毫不费力地搭建脚手架，并创建一个倒置的自动人行道。可能性只受英雄想象力的限制。

“拥有做更多事情的灵活性意味着你可以帮助更多的人，”卡罗尔说。“如果你能让它变得便宜，那就更好了。

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