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3D打印的下一階段可能是移動制造技術(shù)。位于新澤西州普林斯頓的西門子研究院已經(jīng)研發(fā)出了一種外表形似蜘蛛的機器人原型。它們可以協(xié)同工作，打印出各種結(jié)構(gòu)和表面，從而有可能加快飛機機身和船舶船身等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)物的制造流程。

位于普林斯頓的西門子研究院實驗室內(nèi)有大型蜘蛛出沒。人們發(fā)現(xiàn)它們在堆積一種散發(fā)甜味的粘稠物質(zhì)。這些物質(zhì)似乎一接觸到一種平滑、光亮的表層就會立即變干。雖然出現(xiàn)的蜘蛛越來越多，卻沒有人拉響警報。這其中自有原由……

這些“蜘蛛”并非來自郁郁蔥蔥的普林斯頓周邊區(qū)域，而誕生于虛擬世界。如今，它們已走入現(xiàn)實，來到西門子研究院自動化與控制技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)計、建模和模擬研究小組負責(zé)人Livio Dalloro等人工作的地方。Dalloro的團隊稱這些“蜘蛛”為SiSpis，或西門子蜘蛛。借助自身裝載的*技術(shù)，它們有可能在將來變身為新型產(chǎn)業(yè)工人。

西門子研究院自動化與控制技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)計、建模和模擬研究小組負責(zé)人Livio Dalloro認為，借助自身裝載的*技術(shù)，這些“蜘蛛”有可能在將來變身為新型產(chǎn)業(yè)工人。

“SiSpis是西門子靈動制造系統(tǒng)（SiAMS）的一部分，它們代表著西門子研究院在普林斯頓開展的自主系統(tǒng)研究工作的核心。”Dalloro表示。他解釋道，從本質(zhì)上講，這些像蜘蛛一樣的機器人其實是有腿的全自主增材制造裝置。他說：“我們打算使用多個自主機器人協(xié)同工作，以增材制造的方式生產(chǎn)出汽車車身、船舶船體和飛機機身等結(jié)構(gòu)物。”增材制造，也叫3D打印，是通過逐層疊堆選定材料，生產(chǎn)或精制出產(chǎn)品或表面的技術(shù)。

協(xié)作是關(guān)鍵
當(dāng)然，在像船舶船體這么大的結(jié)構(gòu)物內(nèi)表面疊加一層材料可能需要數(shù)百只“蜘蛛”共同完成。因此，問題的關(guān)鍵在于，這樣一支機器人 將如何共同工作？答案就是機器人的自主能力。Hasan Sinan Bank是這個項目的主要成員。他解釋說：“每只‘蜘蛛’都只能生產(chǎn)一個工件的一小部分。因此，我們試圖將這些機器人所要開展的合作類型加以概念化并進行優(yōu)化。”Dalloro的團隊研發(fā)的算法可以助這項工作一臂之力。這些算法可用于規(guī)劃由多個機器人合作執(zhí)行的任務(wù)。如此，兩個甚至更多“蜘蛛”就可以合作進行單個物體或區(qū)域的增材制造或表面加工。

為了做到這一點，這些機器人使用機載攝像頭和激光掃描器來解讀周邊環(huán)境。由于每個機器人都知道自己3D打印臂的活動范圍，它們能夠自主制造出自己所覆蓋的或平坦或起伏的區(qū)域部分。而其它機器人則使用相同的技術(shù)來制造相鄰區(qū)域。通過將每個區(qū)域劃分成垂直區(qū)塊，這些機器人能夠合作覆蓋十分復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)物，而不會漏掉任何區(qū)塊。Bank表示：“沒有任何其他人嘗試過使用移動制造技術(shù)來完成這樣的任務(wù)。”

項目旨在創(chuàng)建自主移動制造平臺原型。

每次在虛擬世界里設(shè)計出蜘蛛機器人組件后，工程師都會用3D打印技術(shù)將之制作出來。

蜘蛛機器人使用機載攝像頭和激光掃描器來解讀周邊環(huán)境。

自主性也是這些蜘蛛機器人的特點之一。例如，這些機器人知道它們目前在特定環(huán)境內(nèi)的具體位置。在使用約兩個小時后，當(dāng)電池余量不足時，蜘蛛機器人將自行返回充電站。但在這之前，它會將數(shù)據(jù)發(fā)送給另一只剛充完電的機器人，以便后者緊接著執(zhí)行它未完成的工作。同樣，每當(dāng)遇到障礙物，蜘蛛機器人將自主找路繞過障礙物。西門子蜘蛛工人項目于2014年1月啟動。Dalloro指出：“這個項目的目的是創(chuàng)建自主制造機器平臺原型，它能夠理解任務(wù)，并將之劃分為多個子任務(wù)，分配給可用機器人，以合作、協(xié)調(diào)的方式進入制造過程，而無需顯式編程。”

借助西門子PLM軟件解決方案NX，以及Dalloro團隊開發(fā)的結(jié)合NX與ROS（機器人操作系統(tǒng)）的混合軟件，蜘蛛機器人迅速初具雛形。Dalloro表示：“除蜘蛛機器人的迷你電機和電纜是已有產(chǎn)品外，從機械部件到軟件等所有組件都是我們自行開發(fā)的。”與這個項目著眼于高級制造技術(shù)相契合的是，在虛擬世界里設(shè)計出蜘蛛機器人組件后，工程師們會用3D打印技術(shù)將它制作出來。

Dalloro團隊研發(fā)的算法可用于規(guī)劃由多個機器人合作執(zhí)行的任務(wù)。由此，兩個甚至更多機器人可以合作進行單個物體或區(qū)域的增材制造或表面加工。

除此之外，這支團隊必須規(guī)劃機器人的行為。Bank說：“我們必須開發(fā)軟件工具來模擬機器人在團體中的行為。”這意味著研發(fā)團隊必須設(shè)法精確校正蜘蛛機器人的制造噴嘴。每只“蜘蛛”都配備了與傳統(tǒng)3D打印機的擠出機類似的裝置，但目前僅能使用一種叫聚乳酸的含玉米淀粉和甘蔗的打印材料。

這些蜘蛛機器人將走向何方？顯然，研究人員已經(jīng)實現(xiàn)了他們初的目標：開發(fā)出具有大限度的自主性和低限度的編程要求的系統(tǒng)。Bank表示：“這項技術(shù)一旦發(fā)展成熟，就可用于制造幾乎任何物品。”