近日，美國陸軍在新型機器人開發(fā)方面取得了新進展——用智能粒子制造群體機器人。佐治亞理工學(xué)院和西北大學(xué)的研究人員在《科學(xué)·機器人》雜志發(fā)表了他們的研究結(jié)果。美國陸軍研究辦公室復(fù)雜動力學(xué)與系統(tǒng)項目負(fù)責(zé)人Sam Stanton認(rèn)為，這項成果有望使機器人系統(tǒng)可以根據(jù)任務(wù)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(shè)想的那樣，在未來，當(dāng)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(jié)構(gòu)。”
3D打印的智能粒子只能做一件事：揮舞雙臂。但是當(dāng)研究人員將5個智能粒子封裝到圈型結(jié)構(gòu)中時，它們開始產(chǎn)生相互推動作用，進而形成“超級智能粒子”自動物理系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以自行移動，在為其添加光學(xué)或聲學(xué)傳感器后，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(jié)合所產(chǎn)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(xué)院物理學(xué)院教授、項目研究首席Dan Goldman說：“這些都是非常初級的機器人。它們的行為受到力學(xué)和物理學(xué)定律的限制。我們不打算將復(fù)雜的控制器、傳感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(tǒng)控制需要的計算和傳感水平不再適用，科學(xué)家們不得不考慮‘回歸初心’，用力學(xué)和物理學(xué)原理來控制它們?！?/p>
Goldman等的研究靈感來自于對建筑工具的研究。研究人員Nick Gravish發(fā)現(xiàn)，將U型釘?shù)谷肟刹鹦度萜髦胁⒉鸪萜魍獗诤?，U型釘群體結(jié)構(gòu)還能獨立存在。雖然搖晃釘塔最終導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的倒塌，但這一結(jié)果讓Gravish認(rèn)識到，機械物體簡單纏繞形成的結(jié)構(gòu)的能力遠(yuǎn)超單個部件的性能。Stanton說：“Goldman等的發(fā)現(xiàn)不僅對未來機器人群體的工程應(yīng)急行為至關(guān)重要，還使我們對其系統(tǒng)性能、響應(yīng)能力和適應(yīng)性等有了新的認(rèn)識?！?/p>
研究人員使用3D打印機制造了由電池驅(qū)動的智能粒子。智能粒子裝有馬達和簡單傳感器，并具有有限的計算能力。它們只有在與其他設(shè)備產(chǎn)生交互時才能改變位置。Goldman說：“盡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。超級智能粒子機器人甚至可以隨機移動?！?/p>
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，其余智能機器人就會朝著停滯的機器人的方向移動。研究人員還通過為機器人添加照片傳感器控制了其動作：當(dāng)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：“通過調(diào)整光線的角度，你可以讓處于靜止?fàn)顟B(tài)的機器人發(fā)動起來。整個系統(tǒng)能夠以非?；镜碾S機方式進行操控，無需復(fù)雜的編程?！?/p>
接下來，Goldman等準(zhǔn)備利用粒子機器人的簡單傳感和移動功能，設(shè)計更復(fù)雜的互動。他說：“工程師們一直對制造群體機器人很感興趣。粒子機器人可以根據(jù)需求進行重新配置，進而滿足特定需求?！毖芯咳藛T預(yù)測，粒子機器人組成的群體機器人系統(tǒng)可以用于增強小型部隊在城市、森林、洞穴或其他崎嶇地形等環(huán)境中的態(tài)勢感知和指揮能力。
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