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。
原创编译：雷鑫宇 审稿：西莫 责编：张梦
期刊来源：《科学·机器人》
期刊编号：2470-9476
原文链接：https://www.army.mil/article/227370/
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