日前，美国哥伦比亚大学研究团队开发出一种能够通过吸收周边环境中的材料或其他机器人部件实现物理“生长”“自愈”和自我改进的新型机器人系统。这项被称为“机器人新陈代谢”的创新成果发表在最新一期《科学进展》上，标志着人们向着可自我维持的机器人生态迈出了重要一步，也为未来自主机器发展开辟了全新方向。

桁架链接自组装形成四面体。图片来源：美国哥伦比亚大学

研究团队表示，生物生命体具备自我修复、生长发育、适应环境和繁殖繁衍的能力，这些能力是维持生存与发展的关键要素。相比之下，当今机器人多为单一结构的机械装置，其自我修复、物理生长或吸收环境材料的能力十分有限。尽管机器人智能通过AI能快速进化出新行为模式，但其物理结构仍处于封闭系统状态，无法系统整合外部材料实现生长或修复。研究团队设计了一种叫Truss Link的模块化机器人零件。模块可以随时“吃掉”别的机器或环境里的零件，再把坏掉的自己“拉出去”。这种“机器代谢”将是未来可持续机器人群体的根基。它们可以用磁性“关节”从一堆零件变成三维形状，靠吸收环境零件“长身体”，摔散了能自己拼回来，坏了还会换零件“续命”。

机器人新陈代谢使机器能够“生长”。

机器人模块可以通过消耗和重复使用其环境和其他机器人中的部分来增长。这种能力对生物生命形式至关重要，对于发展自我维持的机器人生态至关重要。上图是从单个模块到完全组装的棘轮四面体机器人。

该技术在名为Truss Link的模块化机器人上进行了验证。受智美高磁力玩具启发，Truss Link是一种磁性连接杆件，每个模块都是28厘米长的金属杆，两端装着直径1.27厘米的钕磁球，能够以多种角度自由组合，实现结构扩展、收缩与重构。

外壳：熔融沉积 3D 打印 PLA＋少量碳纤维增强

磁关节：N52 级钕磁球，直径 12.7 mm，可随意旋转找北

肌肉：Actuonix L-12I 微型伺服，210:1 减速比，伸 43 cm、缩 28 cm，伸缩一次就能让机器人“长个儿”53%

能量：两块 380 mAh 小锂电串联，续航约 20 min

Truss Links 可以同时扩展和收缩、连接和分离以及连接到多个其他 Truss Link。

（A） 收缩的桁架链接长 28 厘米，重 280 克 （B）。完全展开后，桁架连杆的长度可增加 53% 以上，达到 43 厘米。图像（C 和 D）分别显示了磁铁连接器的内部处于活动状态，磁铁暴露在尖端，以及完全收缩，即磁铁缩回时的非活动状态。连接器内部的锥形压缩弹簧在缩回后将磁铁连接器重置为活动状态，因此 Truss Link 已准备好再次连接。球形钕磁铁由磁铁支架固定到位。磁体支架允许磁体自由旋转，以便在另一个磁体接近时旋转到平衡位置。这种机制确保了多个链路之间从宽而连续的角度范围实现牢固连接。我们显示了 （E） 2、（F） 3 和 （G） 4 个连接器之间的连接。

实验中，单个模块可自主组装成二维形状，并进一步演化为三维结构，形成具备特定功能的复杂机器人。例如，一个由四面体组成的机器人在加入额外链接后，像手杖一样提升其下坡移动速度超过66.5%。

您可能要问：这不就是高级版乐高吗？非也非也，传统模块化机器人需要人工组装，而这些模块能自主完成从“单细胞”到“多细胞生物”的“进化”。

据《科技日报》报道，“机器人新陈代谢”技术赋予了机器物理层面的进化潜力，使机器不仅能“思考”，还能“成长”。这一突破标志着自主性研究迈入新阶段。短期内，该技术有望应用于灾难救援、深空探测等高风险领域；长远来看，它或将推动人工智能自主构建物理结构和设备，如同如今自动处理语言信息一般自如。

我们不妨大胆设想一下，这项技术未来在航空航天领域能有什么样的应用？

在轨维修：卫星被微陨石打成筛子？释放一群机器人，吃掉碎片，再进行修复，比航天员出舱快十倍，还省下一笔火箭运费。

战场应急：前线补给线被掐、无人机折翼，只需空投一群机器人和能源包，它们就能就地取材，把坠毁同伴的残骸拼成新桥、新机翼，甚至其他更重要的装备……

研究团队强调，尽管人们常将自我复制机器人与科幻灾难场景联系在一起，但在技术可控范围内，也应看到现实需求日益迫切。随着无人驾驶、自动化制造、国防及太空探索等领域对机器人的依赖日益加深，人类不可能持续为其提供人工维护，未来的机器人必须学会“自我照料”。“机器人新陈代谢”正是朝着这个方向迈出了关键一步。

桁架链接可以通过吸收和整合材料来开发 3D 结构。

（A）显示了一系列拓扑过渡，从左侧开始一组单独的链接，到右侧以棘轮-四面体拓扑结束。从六个独立的环节开始，三个环节组合成一个尖星形，另外三个环节组合成一个三角形。接下来，三角形通过连接到三尖星来吸收它，并成为菱形带尾拓扑结构。然后，带尾的菱形将自己折叠成四面体。接下来，四面体通过连接并从地面拾取自由桁架连杆来找到并集成它，形成棘轮四面体。（B）显示了实验环境的剖面图（未按比例），阐明了（C）到（E）中显示的每个过渡发生的位置，并以截面标签（B-a）到（B-d）为参考。（C）、（D）和（E）中的帧序列分别显示了菱形带尾机器人、四面体机器人和棘轮四面体的形成。

不过目前这套系统相对来讲有些“贵”，也有些“笨重”。每个模块造价超过200美元，组合成的机器人行动起来，在实际应用方面还有待加强。研究团队表示下一步要把它缩小到微观尺度，让数百万个微型模块组成一个机器人，到时候可能真能看到《超能陆战队》里那种纳米机器人军团。

其实未来的愿景，也更像《机器人总动员》，只不过瓦力们不再孤独，它们成群结队，靠着自我新陈代谢，完成人类交付给它们的任务，把废墟变成城市，把荒野变成花园。

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