作者:Michael Rubenstein 来源:《科学》 发布时间:2014-8-20 13:47:00
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千余机器人集成“变形金刚”
或能揭秘动物和人类的集体行为

 

                                                                                                             Kilobots机器人               图片来源:哈佛大学

鱼必须成群、鸟必须聚集,而机器人似乎也需要云集。至少,美国哈佛大学计算机学家Michael Rubenstein和Radhika Nagpal以及麻省理工学院计算机学家Alejandro Cornejo在他们的工作台上是这样做的。他们制作出一个由1000多个硬币大小的机器人组成的“集群”——通过与“邻居”通讯,它们能将自己装配成二维形态。

近日发表于《科学》杂志的论文称,这个拥有1024个“成员”的人造集群主要用于示范集体行为。研究人员表示,微小机器使用的这种自动组织技术将有助于促进自我重新装配“变形机器人”的发展,并将能阐明自然界中群体形态的复杂性程度。

这种冰球状的机器人名为Kilobots,每个价值20美元,由一套简单规则管理。首先,机器人被以任意形状紧密排列在一个平面上。然后,4个“种子机器人”被置于机器集群旁边的群簇中,而集群远端的机器人开始沿边缘朝着“种子机器人”慢慢移动,马达的驱动让它们就像电话振铃一样振动。

机器人使用红外线进行通讯,但只能与距离最近的机器人传递和接受信息,因此它们无法“看到”整个合作过程。但是,“种子机器人”会充当坐标系的起点;它们的位置信息会向外穿过整个集群。这使得每个机器人能确定自己在哪里,以及是否身处研究人员规划的形状内部。在一个约12小时的周期内,机器人就能自己组成科学家规划的形状,例如字母K或一个五角星。

未参与该研究的宾夕法尼亚大学机器人工程师Mark Yim表示,建造和操控一个大型的机器人群组是一个令人印象深刻的工程学壮举。他提到,之前有关可程序化机器人集群的演示仅涉及约50个“成员”。

另外,该研究第一作者Rubenstein指出,这种能够改变形状的机器人集群与蚂蚁类似,显示出模块化行为能帮助这种动物快速适应周围环境。他认为,此类行为在制造可编程物质方面将会有用:沙粒大小的微型机器人将能自动重新排列成任意形状的工具,例如扳手。Rubenstein表示,这些未来机器人将会“像3D打印机,但与可塑材料打印不同,你可以用能自己行动的机器人进行打印”。

这种变形技术的未来应用更多可能集中于可重构机器人领域——现实版“变形金刚”。Yim已经制作出一个能自己从一种四足外形变成一条蛇状链条的模块化机器人,他认为,相关新研究将有助于进一步改进变形技术。

但Kilobots并不非常简单、有效。一个动作缓慢的机器人能引发外部边缘出现“交通堵塞”,并且由于Kilobots追踪不精确以及在停止之前彼此碰撞,形状趋向会看起来变得扭曲。

哈佛大学数学家和物理学家L. Mahadevan认为,尽管如此,这些缺陷将为人们提供洞察自然成群动物是如何工作的线索。Mahadevan未参与该研究。他猜想能使用Kilobots群组来检测昆虫的集体行为是如何发展、竞争和进化的。甚至诸如有多少人类行为是由集中意识或局部反射决定的等问题,也能通过Kilobots实验来解答。“我认为,它只会被你的想象力所束缚,它将成为一个奇异的工具箱。”他说(来源:中国科学报)

 
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