本文核心不雅观点：
1. 麻省理工的研究职员开拓了一套新系统，可以针对各种地形优化机器人的形状；
2. 这个名为 RoboGrammar 的系统事情起来分三个步骤：先定义问题，再拟定可能的办理方案，然后选择最优办理方案。
3. 这个想法来自于其他动物的运动办法，特殊是昆虫、蜘蛛和龙虾等节肢动物。
如果你须要一个会爬楼梯的机器人，它该当是个什么形态？要像人一样有两条腿吗？还是说得像蚂蚁一样有六条腿？
选择精确的形态对机器人能否穿越特定地形至关主要，而要穷极每一种潜在的形态是不可能的。不过现在，麻省理工开拓的系统就可以进行完全仿照，并确定哪种设计最有效。
当然，你首先要见告这个叫做 RoboGrammar 的系统你车间里现在有哪些机器人零件——比如轮子和枢纽关头等，你还得解释白机器人要用在什么地形上。后面就看 RoboGrammar 自行发挥了，它会为你的机器人天生一个优化的构造和掌握程序。
这套系统可以为该领域注入一剂打算机赞助创意源泉。"机器人设计仍旧是一个手动为主的过程，"麻省理工打算机科学与人工智能实验室（CSAIL）博士生 Allan Zhao 说道。他将 RoboGrammar 描述为一种"新的、更有创造性的机器人设计方法"。
Zhao 是该论文的紧张作者，他将在本月的 SIGGRAPH 亚洲大会上正式揭橥该论文。共同作者包括博士生 Jie Xu、博士后 Mina Konaković-Luković、博士后Josephine Hughes、博士生Andrew Spielberg以及麻省理工教授Daniela Rus 和 Wojciech Matusik。
当你想打造须要穿越各种地形的机器人时，这些动物大概是最佳参照工具。机器人可以适用于险些无穷无尽的任务，然而"它们的整体形状和设计每每都非常相似，"Zhao 阐明道。举例来说，"当你想打造一个须要穿越各种地形的机器人时，肯定第一韶光会跳到四足动物身上（比如狗），"他补充道。"我们在想，这是否真的是最佳设计。"
Zhao 的团队推测，更多的创新设计可以改进功能。于是他们为该任务搭建了一个打算机模型——一个不受之前老例影响的系统。虽然创造性是目标，但 Zhao 必须设定一些基本规则。
机器人的形式"紧张由无意义的设计组成"，Zhao 在论文中写道。"如果你能以任意的办法连接各部分，终极只能得到一个大杂烩，"他说道。为了避免这种情形，他的团队开拓了一种"图形语法"——一套关于机器人部件排列的约束条件。例如，相邻的腿该当用枢纽关头连接，而不是再与另一条腿连接。这样的规则确保每一个打算机天生的设计都能正常事情。
Zhao 表示，他的图形语法规则灵感并非来自其他机器人，而是来自动物，尤其是节肢动物，这些无脊椎动物包括昆虫、蜘蛛和龙虾，而节肢动物是一个进化的成功案例，占已知动物种类的 80% 以上。"它们的特点是有一个主体，再合营数量不等的节段。有些节段可能装有腿，"Zhao 阐明道。"而且我们把稳到，这不仅足以描述节肢动物，而且还可以描述更多熟习的形式，"包括四足动物。只管他加了一些机器"装饰"，Zhao 还是用节肢动物那里得到的灵感提升了机器人的灵巧性。
想得到最优形态？这三个步骤必不可少利用 Zhao 的图形语法，RoboGrammar 的操作分为以下三个步骤：先定义问题，再拟定可能的办理方案，然后选择最优办理方案。
问题定义紧张落在人类用户身上，他们要输入可用的机器人零部件集，如电机、腿和连接其他部位的节段。"这是确保机器人能够真正在现实天下中被制造出来的关键，"Zhao 说道。用户还得指定须要穿越的各种地形，个中可以包括台阶、平坦区域或湿滑表面等元素的组合。
有了这些输入，RoboGrammar 就会利用图形语法的规则设计出数十万种潜在的机器人构造。有些看起来隐约像一辆赛车，另一些看起来像蜘蛛，或者一个在做俯卧撑的人。"能看到各种各样的设计，对我们来说相称鼓舞民气，"Zhao 说道。"它显示了图形语法强大的表现力。"不过，虽然图形语法在数量上不是问题，但它的设计并不总能达到最佳质量。
选择最佳的机器人设计须要掌握每个机器人的动作并评估其功能。"到目前为止，设计出的机器人还只是构造，"Zhao 说道。而掌握器是将这些构造变为现实的一组指令，它会管理机器人各种电机的运动顺序。该团队为每个机器人开拓了一个掌握器，并用到了一种名为"模型预测掌握"的算法，该算法会优先考虑快速提高运动。
"机器人的形状和掌握器深深地交织在一起，"Zhao 阐明道，"这便是我们为每一个给定的机器人单独优化掌握器的缘故原由。"一旦每个仿照机器人都得到自由移动能力，研究职员就会通过"图形启示式搜索"来探求性能精良的机器人。这种神经网络算法会反复对机器人集进行采样和评估，它可以学习哪些设计能更好地实行任务。"启示式函数会随着韶光的推移而改进，"Zhao 说道，"搜索会将我们指向最佳机器人。"
设计师还没拿起螺丝呢，系统就把事情完成了
哥伦比亚大学机器工程师与打算机科学家 Hod Lipson（他并没有参与这个项目）表示："这项事情是 25 年来探索自动设计机器人形态和掌握的最高造诣之一。利用图形语法的想法已经有一段韶光了，但没有人将这个想法实行得如此俊秀。一旦我们能让机器自动设计、制作和编程机器人，统统都不一样了。"
Zhao 将该系统看作人类创造力的火花。他将 RoboGrammar 描述为 "专为机器人设计师准备的工具，能扩展他们所利用机器人构造的空间"。为了展示其可行性，他的团队操持在现实天下中建造和测试一些 RoboGrammar 选出的最佳机器人。Zhao 还补充称，该系统可以被改造成追求地形穿越以外目标的机器人，而且他说 RoboGrammar 可以帮助添补虚拟天下。"比方说，在一个视频游戏中，你想天生很多种类的机器人，这时就不须要艺术家去创造每一个机器人了，"Zhao 说道。"RoboGrammar 立时就能拿出办理方案。"
这个项目有没有什么出人意料的成果？"大多数设计末了确实是四条腿的，"Zhao 说道。大概机器人设计师一贯以来方向于四足动物是对的。"大概这样真的是有什么意义吧。"
参考来源：https://www.weforum.org/agenda/2020/12/computer-aided-robot-design-shape-terrain/
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