一千个小群机器人可以超越自然吗？-哈佛大学群体机器人Kilobot

一千个小群机器人可以超越自然吗？-哈佛大学群体机器人Kilobot

您如何同时控制成群的一千个机器人？这个问题看起来像是科幻小说，但这是数十年来一直真正挑战机器人工程师的问题。

一千个小群机器人可以超越自然吗？-哈佛大学群体机器人Kilobot

现在，工程师正在对这些微型独立机器人进行编程，以协作完成小组任务。这项研究将来有一天可能会出现可以将自己组装成机器的机器人，或者提供有关自然界中如何出现蜂群行为的见解。

Kilobot是由哈佛大学自组织系统研究小组的研究科学家Michael Rubenstein设计的。每个机器人由价值约15美元的零件组成：一个与计算器一样智能的微处理器，可见光和红外光传感器以及两个允许它在桌子上移动的微型手机振动单元。它们由可充电的锂离子电池供电，就像在小型电子设备或手表中的那样。

由于kil obot机器人是由廉价零件制成的，因此它们的行为方式也不尽相同。群中的1,000多个机器人中，有些不可避免地具有错误的组件或连接。工程师必须编写程序来控制可以处理一些出现错误或完全失败的机器人的群体。

机器人的个题行为同样简单。每个机器人只能执行以下几个功能：检测其邻居，测量距离，使闪光灯闪烁并在平坦的表面上移动。但是，他们在一起可以共同完成任务。

鲁宾斯坦说：“我们对它们所做的最酷的事情是形状的形成。” “您可以在计算机上绘制形状，我们有一种算法可以让每个机器人做出自己的决定来形成该形状。”

为了使机器人形成“ K”（代表“ kilobot”），鲁宾斯坦放置了一些机器人来“播种”形状的一角。然后，他从本质上为群的其余部分提供了形状图和一组简单的指令：测量您到拐角的距离，然后一个一组地跟踪边缘，直到您即将退出形状或您碰到了前一个机器人。

在12小时后回来，数千个机器人群体将自己排列在字母K中。由于这些指令没有指定任何人的确切动作，因此千千机器人每次执行同一程序的方式都略有不同。

将来，这种研究可能会导致协作机器人能够自我组装成复合结构。这种更大的机器人可以在危险或受污染的区域工作，例如清理漏油或进行搜救活动。

鲁宾斯坦解释说：“这种结构就像一个大型机器人，但是由于它是由许多小型机器人制成的，因此如果损坏，它可以自行修复。” “它也可以改变形状以适应环境。”

在目前的情况下，kilobot机器人也许还可以教给我们一些有关自然界中如何出现集体行为的知识。

去年夏天，鲁宾斯坦（Rubenstein）向加州大学旧金山分校的系统与合成生物学中心捐赠了100 个kilobot机器人。尽管它们主要用于宣传和教育，但也可以用来检验关于集体行为在自然界如何出现的假设。

那是因为kilobot机器人用于组装成形状的简单指令也可以使其模仿自然的蜂拥行为。例如，kilobot机器人可以像一群萤火虫一样同步闪光，像胚胎中的细胞一样分化，并遵循像觅食蚂蚁一样的气味。

就像单个细胞可以组装成复杂的多细胞生物一样，单个Kilobot也可以遵循简单的规则来自主组装成预定形状。这本身就是一个里程碑。

当然，对于给定的过程，不同的单个指令集要比其他指令更好地工作。但是有时候，我们的指令会使千篇一律的机器人比自然界更好地完成任务。

这最终可能使我们对自然系统进行重新编程以提高效率。这意味着我们也许有一天能够改造自己的免疫细胞来追踪和杀死癌症，或者设计出更好的方法来检测环境中的有毒化学物质。

“我们通常试图像小型机器人一样对细胞进行编程。现在，我们像细胞一样对机器人进行编程。” 教育和外联协调员Kara Helmke说。

尽管它们的名称略有威胁，但这些小型机器人不太可能在不久的将来占领整个世界-它们甚至还不能在地毯上行走。但是他们提供的有关集体行为的见解最终可能导致机器人群体超出我们最荒诞的科幻小说梦。