◎本報記者 陳 曦 通訊員 劉曉豔

如何能讓機器像變形金剛一樣自如地在各種形態之間來回切換？英國皇家工程院院士
、天津大學教授戴建生從人類進化和細胞分裂重組過程中獲得靈感
，領銜完成的“機構演變與變胞機理發現及其幾何形態變構理論與分岔調控機製”項目（以下簡稱變胞理論）
，rangjiqijigoubiangouyouleliluntixizhicheng
，yerangjiqibianxingbiangoushejijianshaoleshijianshicuo，biandegengjiarongyi。jinri，gaixiangmuzaitianjinshikexuejishujiangzhonghuodezirankexueyidengjiang。

靈感源自細胞分裂重組過程

就像人們同時做很多項工作會感到“手忙腳亂”一樣，傳統結構的機器往往也隻能完成單一的工作

，麵對複雜甚至需要改變自己結構形態才能完成的工作時往往就會無能為力了。

比如輪式機器人在野外作業時，麵對平緩的路麵可以快速滾過去，但如果遇到台階，輪式機器人就“力不從心”了。如果此時車輪變形成輪腿式構型
，機器人則可以輕鬆跨越障礙物。

2000nianqian，daijianshengzaishejiyukaifajiqirenzidongbaozhuangshengchanxianshijiuyudaoletongyangdenanti。tafaxian

，chuantongjixieduozhishoushouzhangdoushiyizhengkuaigangbangudingdejiegou，zhiduofenweiliangkuaihuosankuai。ruguonengmofangrenshoushouzhangjiegou
，linghuoyundong，jixieduozhishoujiunengjinxinggengduodecaozuole。yushijingguoshejigaizao，daijianshengzhizuolekeyiziyouhuodongdefangrenlingqiaoshou。yudaokongdongdeshihou
，lingqiaoshoukeyimofangrenshouzuanquan
，shendaokongdongli，erhouzaishenzhankaijinxinggezhongcaozuo。

在不同場景中，機械構型改變是必須的也是千變萬化的。而每次這些具有不同自由度的新構型都要重新進行設計，這就涉及到結構、軸
、關(guan)節(jie)等(deng)諸(zhu)多(duo)方(fang)麵(mian)的(de)技(ji)術(shu)參(can)數(shu)的(de)協(xie)調(tiao)統(tong)一(yi)。特(te)別(bie)是(shi)複(fu)雜(za)構(gou)形(xing)的(de)改(gai)變(bian)，涉(she)及(ji)到(dao)的(de)東(dong)西(xi)更(geng)多(duo)。因(yin)此(ci)每(mei)一(yi)次(ci)實(shi)踐(jian)，就(jiu)會(hui)經(jing)曆(li)大(da)量(liang)試(shi)錯(cuo)，浪(lang)費(fei)人(ren)力(li)物(wu)力(li)
，導(dao)致(zhi)效(xiao)率(lv)低(di)下(xia)。

“是否可以有一套理論，來支撐機器與機械根據實際需求‘變身重構’，‘動態演變’
，靈活地適應變化的工作環境與功能需求？”團隊成員

、天(tian)津(jin)大(da)學(xue)現(xian)代(dai)機(ji)構(gou)學(xue)與(yu)機(ji)器(qi)人(ren)學(xue)中(zhong)心(xin)執(zhi)行(xing)主(zhu)任(ren)康(kang)榮(rong)傑(jie)教(jiao)授(shou)解(jie)釋(shi)戴(dai)建(jian)生(sheng)的(de)理(li)論(lun)，就(jiu)像(xiang)蝴(hu)蝶(die)從(cong)毛(mao)毛(mao)蟲(chong)破(po)繭(jian)成(cheng)蝶(die)這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)背(bei)後(hou)蘊(yun)藏(zang)著(zhe)精(jing)妙(miao)的(de)生(sheng)物(wu)演(yan)化(hua)機(ji)理(li)一(yi)樣(yang)，機(ji)器(qi)構(gou)型(xing)的(de)設(she)計(ji)綜(zong)合(he)與(yu)演(yan)變(bian)分(fen)析(xi)也(ye)需(xu)要(yao)一(yi)套(tao)創(chuang)新(xin)的(de)理(li)論(lun)體(ti)係(xi)來(lai)指(zhi)導(dao)。戴(dai)建(jian)生(sheng)於(yu)1998年提出該理論，並於1999年與中國工程院院士張啟先共同命名該理論為變胞機構。戴建生在之後二十多年的深耕中，逐步建立起一套完整的變胞理論。

讓機器變構設計變得更容易

把(ba)靈(ling)感(gan)付(fu)諸(zhu)實(shi)踐(jian)需(xu)要(yao)嚴(yan)謹(jin)的(de)科(ke)研(yan)，麵(mian)對(dui)傳(chuan)統(tong)機(ji)器(qi)拓(tuo)撲(pu)與(yu)活(huo)動(dong)度(du)一(yi)成(cheng)不(bu)變(bian)，難(nan)以(yi)滿(man)足(zu)多(duo)工(gong)況(kuang)多(duo)需(xu)求(qiu)的(de)難(nan)題(ti)，項(xiang)目(mu)團(tuan)隊(dui)在(zai)戴(dai)建(jian)生(sheng)的(de)帶(dai)領(ling)下(xia)
，經(jing)過(guo)20年nian深shen耕geng，在zai國guo家jia自zi然ran科ke學xue基ji金jin委wei項xiang目mu的de支zhi持chi下xia，在zai國guo內nei數shu個ge院yuan校xiao眾zhong多duo學xue者zhe共gong同tong協xie助zhu下xia
，團tuan隊dui建jian立li了le機ji器qi機ji構gou演yan化hua理li論lun體ti係xi，開kai展zhan了le機ji器qi機ji構gou演yan變bian機ji理li研yan究jiu，完wan成cheng了le大da量liang原yuan創chuang且qie國guo際ji領ling先xian的de工gong作zuo，創chuang立li了le變bian胞bao機ji構gou和he可ke重zhong構gou機ji構gou新xin研yan究jiu領ling域yu。

變胞理論開創了可重構機構與可重構機器人大領域，變胞機構子領域

，首次提出了不同於傳統設計且具有變活動度
、變構態
、變拓撲的變胞機構/可重構機構理念。

團隊還創立了融合旋量理論
、李群理論
、微分流形三大理論的變胞理論體係
，揭示了變胞機構/可重構機構的演變機理。“就是把數學工具融會貫通，找到本質相通的地方
，構建一套起源本質的變胞機構/可重構機構創新與綜合設計體係。”戴建生解釋說。

此外，團隊還攻克了變胞機構與可重構機器人驅動選擇、變構調控等關鍵科學問題，建立了變胞機構/可重構機構的構態調控機製與控製策略。

“也就是說，有了變胞理論
，在設計變形機器的時候
，隻需要按照需求約束好各種條件，輸入參數，按照變胞理論提供的‘公式’，就可以設計出軸
、關節等如何布置了。”康榮傑說。

應用變胞理論，團隊開發了絕緣子劣化診斷與維護、輸電線路巡檢
、斷股補修等多款變胞電力機器人以及可變各種形態各種爬行姿勢的變胞足式機器人。

團隊成員
，機器人學國家重點實驗室
、沈(shen)陽(yang)自(zi)動(dong)化(hua)所(suo)研(yan)究(jiu)員(yuan)王(wang)洪(hong)光(guang)介(jie)紹(shao)說(shuo)，南(nan)方(fang)很(hen)多(duo)輸(shu)電(dian)線(xian)路(lu)架(jia)設(she)在(zai)崇(chong)山(shan)峻(jun)嶺(ling)中(zhong)，電(dian)路(lu)巡(xun)檢(jian)主(zhu)要(yao)靠(kao)人(ren)工(gong)
，勞(lao)動(dong)強(qiang)度(du)大(da)
，危(wei)險(xian)性(xing)高(gao)。傳(chuan)統(tong)的(de)巡(xun)檢(jian)機(ji)器(qi)人(ren)在(zai)翻(fan)越(yue)線(xian)路(lu)杆(gan)塔(ta)的(de)時(shi)候(hou)難(nan)以(yi)完(wan)成(cheng)。利(li)用(yong)變(bian)胞(bao)機(ji)構(gou)“一機多能、一機多用”的特點，提升了線路巡檢機器人的行走與越障能力以及環境適應性，進而提升了“輸—變—配”電力設備的智能化運維水平。

此ci外wai，團tuan隊dui研yan發fa的de變bian胞bao多duo指zhi靈ling巧qiao手shou應ying用yong於yu中zhong國guo航hang天tian員yuan科ke研yan訓xun練lian中zhong心xin特te種zhong防fang護hu服fu測ce試shi裝zhuang備bei，服fu務wu於yu國guo家jia載zai人ren航hang天tian工gong程cheng。他ta們men研yan發fa的de變bian胞bao靈ling巧qiao手shou與yu變bian胞bao足zu式shi機ji器qi人ren項xiang目mu被bei孵fu化hua成cheng天tian津jin大da然ran機ji器qi人ren和he深shen圳zhen大da寰huan機ji器qi人ren兩liang個ge學xue生sheng創chuang辦ban的de高gao科ke技ji創chuang業ye公gong司si。同tong時shi，該gai理li論lun指zhi導dao了le數shu個ge國guo家jia自zi然ran科ke學xue基ji金jin委wei項xiang目mu研yan究jiu與yu國guo家jia重zhong點dian研yan發fa計ji劃hua項xiang目mu研yan究jiu，服fu務wu於yu國guo家jia重zhong大da需xu求qiu。