機器人革命！仿生群體機器人誕生，可實現集體遷移

來源 | MIT

編譯 | 戴林潼

編輯 | 吳非

1986年，納米技術先驅Eric Drexler在《創造的引擎》（Engines of Creation）一書中首次提出並描述了「Grey Goo」：能夠自我複製的納米分子機器人失去控制、如癌細胞般增殖，最終將地球上的所有生物資源。隨後，這一概念隨著科幻小說而迅速流傳開。好在，現實世界裡，這還只是一種瘋狂的理論。當前的機器人通常由相互聯繫的組件組成而成，每個組件都有特定的功能，如果一個部件失效，機器人就會停止工作。

不過，在今天發表於《自然》雜誌的一項工作中，科學家已經在機器人的群體性上接近了「Grey Goo」。哥倫比亞大學和MIT計算機科學與人工智慧實驗室（CSAIL）的研究人員合作，造出一類前所未有的仿生物細胞群體機器人。這種新型的粒子機器人由許多鬆散耦合的簡單組件（即「粒子」）組成，每個粒子不能獨立運動，只能輕微伸展或收縮。但組合在一起，機器人可以實現自主運動。

哥倫比亞大學的Hod Lipson和CSAIL主任Daniela Rus共同領導了這項研究。另外，本文共同第一作者之一，是中國學者、哈佛大學與CSAIL的博士後李曙光。

「你可以把我們的機器人想像成Grey Goo」，Lipson說，「我們機器人沒有採用集中控制方式，也不存在單點故障的問題。它目前還比較初級，但我們知道這類機器人是可以存在的，我們認為這甚至可能解釋細胞的運動。」

一個多世紀以來，人們一直試圖製造出有自主意識的機器人，但這些機器不能像生物那樣生長、癒合傷口或從傷害中恢復。哥倫比亞大學和CSAIL的團隊一直致力於開發出不受制於部件的機器人，這類機器人即便有部分部件失靈，也能正常工作。研究團隊希望機器人不僅要看起來像一個生物，而且要把它構建成生物系統，用簡單的基礎部件創造出具有複雜功能的機器人。

該團隊與哈佛大學威斯研究所的Chuck Hoberman以及康奈爾大學合作，進行模擬和試驗。他們在模擬中展示了由10萬個粒子組成的機器人，並在試驗中演示了一個由24個粒子組成的系統。

在這項試驗中，這些粒子機器人被賦予了向光性。靠近光源的粒子處於更為明亮的光照下，因此會較早開始運動。這種運動使得機器人內部產生一種波，這種波會使整體向光移動。因此，即使單個粒子不能獨立運動，機器人也能進行全局運動。

在數學模型中，他們模擬了用成百上千的粒子進行大規模障礙規避、物體運輸的情景。同時，他們還展示了粒子機器人模型應對部件故障的能力。研究人員還發現，即使20％的粒子停止工作，粒子機器人仍能以完整狀態的一半速度運行。

Rus說:「在開發粒子機器人的過程中，我們的問題是：能否用不同的方式來組成機器人細胞，從而根據不同的場景，製造出不同的機器人？我們甚至可以賦予這些粒子機器人自主改變形態的能力。例如，假如機器人需要從桌子上取一把螺絲刀，而螺絲刀太遠拿不到，這時如果機器人可以重新排布粒子、讓手臂變長，那麼問題得到解決。」

目前的粒子機器人尺寸還比較大。研究小組已經開始使用更多厘米級的粒子測試他們的系統，此外他們還在探索其他形式的粒子機器人，例如用對聲音、光線或化學梯度做出反應的微珠，製造出類似的機器人。

原始論文：

參考鏈接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-03/miot-rw031819.php

《環球科學》2019年3月刊上市

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！