工程学突破!仿生物细胞群体机器人问世

2019-03-21 15:43:43 来源: 科技日报

科技日报北京3月20日电 (记者张梦然)英国《自然》杂志20日发表了一项工程学最新突破:美国科学家团队研发了一种能模拟生物细胞集体迁移的机器人,可实现移动、搬运物体及向光刺激移动。该研究为开发具有预先确定性行为的大规模群体机器人系统提供了全新途径,且比已诞生的传统机器人和仿生系统具有更高的可扩展性。

经过设计的模块化或群机器人系统,虽然可以模拟生物学行为,如自组装、修复和搬运,但大部分系统需要集中控制,或在设计上过于复杂而限制了系统的能力和可扩展性。

鉴于此,美国哥伦比亚大学科学家霍徳·利普森及其同事设计的一款极简系统,可以减少这些限制。这种机器人由简单的盘状“粒子”组成,相比复杂的机器人,这些机器人的制造更为简单,也易于形成规模。

单个机器人“粒子”并不能移动,只能像相机光圈那样伸缩;但当它们松散聚集在一起后,程序就能让它们对单梯度信号(如光线)作出响应,并按照偏移模式振荡,集体朝着刺激源移动。

测试中,研究人员用25个物理机器人“粒子”展示了移动、搬运物体以及向光刺激移动的行为,并用10万个“粒子”的模拟实验表明了该系统可扩展性。

此外,模拟预测在20%粒子失效的情况下,系统仍能继续运动。而在传统机器人系统中,单个个体的缺失经常会导致整个系统失效。德国马克斯·普朗克智能系统研究所科学家评价认为,这种全新机器人具有传统机器人系统所没有的可扩展控制和鲁棒性——这是一种抗干扰能力参数,也是在异常和危险情况下系统生存的关键。

地球上的生物都由细胞构成,而细胞集体运作能力的强悍与复杂,至今人们也不能说完全了解。可如果能够在智能领域模拟出一定程度的细胞组合运动,并能轻易扩展,那么理论上便可以利用大规模机器人创造出无限的可能。甚至,其中一个或几个成员“丧失行动能力”,都不会对整体效果有太大影响,这对以前的机器人系统几乎是不可想象的。

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