近日，美国陆军在新型机器人开发方面取得了新进展用智能粒子制造群体机器人。佐治亚理工学院和西北大学的研究人员在《科学机器人》杂志发表了他们的研究结果。美国陆军研究办公室复杂动力学与系统项目负责人Sam Stanton认为，这项成果有望使机器人系统可以根据任务需要改变它们的形状、模式和功能。他举例说：“正如陆军机动功能概念中设想的那样，在未来，当群体机器人遭遇横亘在面前的河流时，它会自动变形为能跨越鸿沟的结构。”
3D打印的智能粒子只能做一件事：挥舞双臂。但是当研究人员将5个智能粒子封装到圈型结构中时，它们开始产生相互推动作用，进而形成“超级智能粒子”自动物理系统，该系统不仅可以自行移动，在为其添加光学或声学传感器后，它甚至能在迷宫中穿行。
将小型机器人改造为群体机器人，利用个体结合所产生的群体能力，可以增强小型机器人的机械控制性。佐治亚理工学院物理学院教授、项目研究首席Dan Goldman说：“这些都是非常初级的机器人。它们的行为受到力学和物理学定律的限制。我们不打算将复杂的控制器、传感器和计算模型都一股脑塞给它们。随着机器人的不断小型化，传统控制需要的计算和传感水平不再适用，科学家们不得不考虑‘回归初心’，用力学和物理学原理来控制它们。”
Goldman等的研究灵感来自于对建筑工具的研究。研究人员Nick Gravish发现，将U型钉倒入可拆卸容器中并拆除容器外壁后，U型钉群体结构还能独立存在。虽然摇晃钉塔最终导致了结构的倒塌，但这一结果让Gravish认识到，机械物体简单缠绕形成的结构的能力远超单个部件的性能。Stanton说：“Goldman等的发现不仅对未来机器人群体的工程应急行为至关重要，还使我们对其系统性能、响应能力和适应性等有了新的认识。”
研究人员使用3D打印机制造了由电池驱动的智能粒子。智能粒子装有马达和简单传感器，并具有有限的计算能力。它们只有在与其他设备产生交互时才能改变位置。Goldman说：“尽管单个机器人无法独立运动，但由多个机器人组成的群体却能够移动和收缩。超级智能粒子机器人甚至可以随机移动。”
研究人员注意到，如果一个小机器人因电池耗尽而停止移动，其余智能机器人就会朝着停滞的机器人的方向移动。研究人员还通过为机器人添加照片传感器控制了其动作：当一束强光照射到某个单体机器人时，群体机器人就会停止舞动。Goldman说：“通过调整光线的角度，你可以让处于静止状态的机器人发动起来。整个系统能够以非常基本的随机方式进行操控，无需复杂的编程。”
接下来，Goldman等准备利用粒子机器人的简单传感和移动功能，设计更复杂的互动。他说：“工程师们一直对制造群体机器人很感兴趣。粒子机器人可以根据需求进行重新配置，进而满足特定需求。”研究人员预测，粒子机器人组成的群体机器人系统可以用于增强小型部队在城市、森林、洞穴或其他崎岖地形等环境中的态势感知和指挥能力。
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：西莫
