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只需一個(gè)隨機(jī)干擾為立方體提供能量，它們就會選擇性地自組裝成一個(gè)更大的塊。圖片來源：麻省理工學(xué)院
科技日報(bào)記者?張夢然
創(chuàng)建自動化結(jié)構(gòu)或機(jī)器的過程至今仍是自上而下的，需要人工、工廠或機(jī)器人進(jìn)行組裝和制造。然而，大自然組裝的方式普遍是自下而上的。美國麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室研究人員引入了可涂覆于機(jī)器人立方體的磁性可重編程材料，讓它們自行組裝。過程的關(guān)鍵是使這些磁性編程對它們連接的對象具有高度選擇性，從而自組裝成特定的形狀。
研究人員使用的柔性磁材料涂層來自廉價(jià)的冰箱磁鐵，賦予每個(gè)立方體的每個(gè)表面都帶有磁性特征。簽名確保每個(gè)面在平移和旋轉(zhuǎn)中都選擇性地吸引所有其他立方體中的另一個(gè)面。
所有立方體都能以非常精細(xì)的分辨率進(jìn)行磁性編程。一旦它們被扔進(jìn)水箱（演示中使用了8個(gè)立方體），完全隨機(jī)的干擾，它們就會相互碰撞。如果遇到錯(cuò)誤的伴侶，它們會放棄；但如果找到合適的伴侶，他們會“依戀”。
這就好比一套家具部件，需要將它們組裝成一把椅子。傳統(tǒng)上，需要一組指令來手動將零件組裝到椅子上（一種自上而下的方法），但使用研究人員的方法，這些相同的零件一旦被磁性編程，只需使用一個(gè)使它們發(fā)生碰撞的隨機(jī)干擾，就會選擇性地自組裝。
研究人員稱，這項(xiàng)工作在自組裝特定結(jié)構(gòu)的分辨率、成本和功效方面向前邁進(jìn)了一步。以前的自組裝工作通常要求單個(gè)零件在幾何上不相似，就像拼圖一樣，這需要對所有零件進(jìn)行單獨(dú)制造。但是，使用磁性程序，可批量制造同質(zhì)零件并對其進(jìn)行編程以獲得特定的目標(biāo)結(jié)構(gòu)，重要的是，對它們進(jìn)行重新編程可在以后獲得新的形狀，而不必重新制造零件。
使用該團(tuán)隊(duì)的磁性繪圖機(jī)，可將一個(gè)立方體插回繪圖儀并重新編程。每次繪圖儀接觸材料時(shí)，它都會在立方體的柔性磁涂層上創(chuàng)建一個(gè)“北”或“南”方向的磁性像素，讓立方體在需要時(shí)重新用于組裝新的目標(biāo)形狀。在繪圖之前，搜索算法會檢查每個(gè)簽名與所有先前編程的簽名的相互兼容性，以確保它們具有足夠的選擇性以成功自組裝。
總編輯圈點(diǎn)
我們習(xí)慣的裝配方式是什么？即便你拿到的是一堆家具零件，它也是通過先確定整個(gè)產(chǎn)品的布局，再按順序設(shè)計(jì)每個(gè)部件的方法制造出來的。換句話說，得先有整體桌子的設(shè)計(jì)，才能有桌子腿。這就是自上而下，一種從過去到現(xiàn)在一直存在的方法。但文中的例子很有意思，零散的組件會自己去找位置和部件，拼裝成“最合適”的樣子。這一場景在我們眼中可能很科幻，實(shí)際上卻符合了大自然自下而上的方式，就像是兩種注定要結(jié)合的蛋白質(zhì)一樣。這種結(jié)合迄今仍是個(gè)謎團(tuán)，但交給新的組裝方式，或能讓科學(xué)家一窺其門徑。
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