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只需一個隨機干擾為立方體提供能量，它們就會選擇性地自組裝成一個更大的塊。圖片來源：麻省理工學(xué)院
科技日報記者?張夢然
創(chuàng)建自動化結(jié)構(gòu)或機器的過程至今仍是自上而下的，需要人工、工廠或機器人進行組裝和制造。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)院計算機科學(xué)與人工智能實驗室研究人員引入了可涂覆于機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的冰箱磁鐵，賦予每個立方體的每個表面都帶有磁性特征。簽名確保每個面在平移和旋轉(zhuǎn)中都選擇性地吸引所有其他立方體中的另一個面。
所有立方體都能以非常精細的分辨率進行磁性編程。一旦它們被扔進水箱（演示中使用了8個立方體），完全隨機的干擾，它們就會相互碰撞。如果遇到錯誤的伴侶，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，只需使用一個使它們發(fā)生碰撞的隨機干擾，就會選擇性地自組裝。
研究人員稱，這項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了一步。以前的自組裝工作通常要求單個零件在幾何上不相似，就像拼圖一樣，這需要對所有零件進行單獨制造。但是，使用磁性程序，可批量制造同質(zhì)零件并對其進行編程以獲得特定的目標結(jié)構(gòu)，重要的是，對它們進行重新編程可在以后獲得新的形狀，而不必重新制造零件。
使用該團隊的磁性繪圖機，可將一個立方體插回繪圖儀并重新編程。每次繪圖儀接觸材料時，它都會在立方體的柔性磁涂層上創(chuàng)建一個“北”或“南”方向的磁性像素，讓立方體在需要時重新用于組裝新的目標形狀。在繪圖之前，搜索算法會檢查每個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
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產(chǎn)品的布局，再按順序設(shè)計每個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，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)合迄今仍是個謎團，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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