机器人代谢学：实现通过消耗其他机器自主生长的仿生机器人系统

为解决传统机器人无法自主修复和物理进化的问题，研究团队开创性地提出"机器人代谢"概念，基于桁架模块化机器人平台（Truss Link）开展研究。该平台通过自由形态磁连接器实现模块自组装，首次演示了从1D模块到3D机器人的自主形态发育过程，包括模块整合、损伤修复和跨机器人辅助重构。这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究为构建具有生物特性的自维持机器人生态系统奠定基础。

　　

在科幻作品中，我们常看到能自我修复、自主进化的机器人，但现实中绝大多数机器人仍是固定形态的封闭系统。传统机器人虽能通过人工智能学习新行为，却无法像生物体那样吸收环境物质实现生长修复。这种"身体僵化"问题严重制约了机器人的长期自主性——就像给超级大脑配了副不能生长的躯体。生物体早在进化出智能前，就已掌握通过代谢实现物理适应的能力，这引发研究者思考：是否该向自然学习更本质的生存策略，而非简单模仿生物外形？

研究人员提出革命性的"机器人代谢"概念，定义其两大核心准则：必须仅靠自身能力完成生长，且仅能利用同类模块作为建材。为验证这一理念，团队开发出Truss Link模块系统——这种可伸缩的杆状模块配备自由形态磁连接器，能像氨基酸组成蛋白质般构建多样化结构。通过精心设计的实验环境，研究首次实现从独立模块到三维机器人的完整发育链条：6个Truss Link先自组织成三角形和三叉星，后者被"代谢"整合为带尾菱形结构，继而折叠成四面体，最终通过获取游离模块升级为棘轮四面体。每个形态转变都带来能力跃升，如棘轮四面体在10°斜坡的移动速度比基础四面体快66.5%。

关键技术包括：1）具有53%伸缩比的Truss Link模块设计；2）含自对准球形钕磁体的自由形态连接器；3）模拟生物凋亡的模块脱落机制；4）四阶段发育实验平台；5）基于PyBullet的高保真仿真系统。特别设计的连接器可承受13.7N拉力，允许2-4个模块任意角度连接，而收缩时磁体回退实现可控分离。

【多阶段机器人发育】实验揭示环境对自组装的关键影响：带尾菱形需在特定高度平台边缘，借助垂直障碍物才能成功折叠为四面体。仿真2000次随机实验显示，44.3%概率会自发形成带尾菱形，但仅9.2%能复现物理实验中的三角形-三叉星组合路径，证实人类操控在复杂转变中的必要性。

【损伤恢复】三种拓扑结构展示生物启发的自修复能力：三角形凭借稳定连接最快恢复；欠约束的三叉星需模块滚动重组；六模块的带尾菱形被冲击分离后，能通过局部运动重新整合。这验证了磁连接作为"预定断裂点"的保护价值。

【替换"死亡"模块】演示类凋亡的代谢过程：当感知电量不足时，棘轮模块自动收缩脱落，四面体通过两次翻倒精准获取并整合新模块，展现硬件层面的自我更新能力。

【机器人间辅助重构】突破性发现是：首个棘轮四面体可像起重机般，通过平台缝隙提拉二维模块组合，显著降低后续四面体的形成难度。61次试验优化出的槽型平台使转化成功率提升至30%。

这项研究开创性地证明：通过模块化设计和环境交互，机器人能实现类生物的物理发育。Truss Link平台突破传统自重构机器人的局限，首次实现从基本单元到三维功能体的完整形态发育链。研究者指出，当前系统仍受限于模块尺寸和制造成本，未来需开发微尺度模块与大规模仿真平台。该成果为构建真正自维持的机器人生态系统奠定基础，当与人工智能结合时，或将催生能自主设计并实现身体进化的新一代机器人。正如论文结论强调，要解决未来机器人社会的可持续性问题，必须发展这种"从自然方法而非结果中学习"的仿生范式。