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仿生物細(xì)胞群體機(jī)器人問世

2019-03-21 10:29

英國《自然》雜志20日發(fā)表了一項工程學(xué)最新突破：美國科學(xué)家團(tuán)隊研發(fā)了一種能模擬生物細(xì)胞集體遷移的機(jī)器人，可實現(xiàn)移動、搬運物體及向光刺激移動。該研究為開發(fā)具有預(yù)先確定性行為的大規(guī)模群體機(jī)器人系統(tǒng)提供了全新途徑，且比已誕生的傳統(tǒng)機(jī)器人和仿生系統(tǒng)具有更高的可擴(kuò)展性。

經(jīng)過設(shè)計的模塊化或群機(jī)器人系統(tǒng)，雖然可以模擬生物學(xué)行為，如自組裝、修復(fù)和搬運，但大部分系統(tǒng)需要集中控制，或在設(shè)計上過于復(fù)雜而限制了系統(tǒng)的能力和可擴(kuò)展性。

鑒于此，美國哥倫比亞大學(xué)科學(xué)家霍徳·利普森及其同事設(shè)計的一款極簡系統(tǒng)，可以減少這些限制。這種機(jī)器人由簡單的盤狀“粒子”組成，相比復(fù)雜的機(jī)器人，這些機(jī)器人的制造更為簡單，也易于形成規(guī)模。

單個機(jī)器人“粒子”并不能移動，只能像相機(jī)光圈那樣伸縮；但當(dāng)它們松散聚集在一起后，程序就能讓它們對單梯度信號（如光線）作出響應(yīng)，并按照偏移模式振蕩，集體朝著刺激源移動。

測試中，研究人員用25個物理機(jī)器人“粒子”展示了移動、搬運物體以及向光刺激移動的行為，并用10萬個“粒子”的模擬實驗表明了該系統(tǒng)可擴(kuò)展性。

此外，模擬預(yù)測在20％粒子失效的情況下，系統(tǒng)仍能繼續(xù)運動。而在傳統(tǒng)機(jī)器人系統(tǒng)中，單個個體的缺失經(jīng)常會導(dǎo)致整個系統(tǒng)失效。德國馬克斯·普朗克智能系統(tǒng)研究所科學(xué)家評價認(rèn)為，這種全新機(jī)器人具有傳統(tǒng)機(jī)器人系統(tǒng)所沒有的可擴(kuò)展控制和魯棒性——這是一種抗干擾能力參數(shù)，也是在異常和危險情況下系統(tǒng)生存的關(guān)鍵。

地球上的生物都由細(xì)胞構(gòu)成，而細(xì)胞集體運作能力的強(qiáng)悍與復(fù)雜，至今人們也不能說完全了解�？扇绻軌蛟谥悄茴I(lǐng)域模擬出一定程度的細(xì)胞組合運動，并能輕易擴(kuò)展，那么理論上便可以利用大規(guī)模機(jī)器人創(chuàng)造出無限的可能。甚至，其中一個或幾個成員“喪失行動能力”，都不會對整體效果有太大影響，這對以前的機(jī)器人系統(tǒng)幾乎是不可想象的。