能穿行迷宮的粒子群體機器人，會成為未來戰士嗎？

近日，美國陸軍在新型機器人開發方面取得了新進展——用智慧粒子製造群體機器人。佐治亞理工學院和西北大學的研究人員在《科學·機器人》雜誌發表了他們的研究結果。美國陸軍研究辦公室複雜動力學與系統專案負責人Sam Stanton認為，這項成果有望使機器人系統可以根據任務需要改變它們的形狀、模式和功能。他舉例說：“正如陸軍機動功能概念中設想的那樣，在未來，當群體機器人遭遇橫亙在面前的河流時，它會自動變形為能跨越鴻溝的結構。”

3D列印的智慧粒子只能做一件事：揮舞雙臂。但是當研究人員將5個智慧粒子封裝到圈型結構中時，它們開始產生相互推動作用，進而形成“超級智慧粒子”自動物理系統，該系統不僅可以自行移動，在為其新增光學或聲學感測器後，它甚至能在迷宮中穿行。

將小型機器人改造為群體機器人，利用個體結合所產生的群體能力，可以增強小型機器人的機械控制性。佐治亞理工學院物理學院教授、專案研究首席Dan Goldman說：“這些都是非常初級的機器人。它們的行為受到力學和物理學定律的限制。我們不打算將複雜的控制器、感測器和計算模型都一股腦塞給它們。隨著機器人的不斷小型化，傳統控制需要的計算和感測水平不再適用，科學家們不得不考慮‘迴歸初心’，用力學和物理學原理來控制它們。”

Goldman等的研究靈感來自於對建築工具的研究。研究人員Nick Gravish發現，將U型釘倒入可拆卸容器中並拆除容器外壁後，U型釘群體結構還能獨立存在。雖然搖晃釘塔最終導致了結構的倒塌，但這一結果讓Gravish認識到，機械物體簡單纏繞形成的結構的能力遠超單個部件的效能。Stanton說：“Goldman等的發現不僅對未來機器人群體的工程應急行為至關重要，還使我們對其系統性能、響應能力和適應性等有了新的認識。”

研究人員使用3D列印機制造了由電池驅動的智慧粒子。智慧粒子裝有馬達和簡單感測器，並具有有限的計算能力。它們只有在與其他裝置產生互動時才能改變位置。Goldman說：“儘管單個機器人無法獨立運動，但由多個機器人組成的群體卻能夠移動和收縮。超級智慧粒子機器人甚至可以隨機移動。”

研究人員注意到，如果一個小機器人因電池耗盡而停止移動，其餘智慧機器人就會朝著停滯的機器人的方向移動。研究人員還透過為機器人新增照片感測器控制了其動作：當一束強光照射到某個單體機器人時，群體機器人就會停止舞動。Goldman說：“透過調整光線的角度，你可以讓處於靜止狀態的機器人發動起來。整個系統能夠以非常基本的隨機方式進行操控，無需複雜的程式設計。”

接下來，Goldman等準備利用粒子機器人的簡單感測和移動功能，設計更復雜的互動。他說：“工程師們一直對製造群體機器人很感興趣。粒子機器人可以根據需求進行重新配置，進而滿足特定需求。”研究人員預測，粒子機器人組成的群體機器人系統可以用於增強小型部隊在城市、森林、洞穴或其他崎嶇地形等環境中的態勢感知和指揮能力。