机器人革命!仿生群体机器人诞生,可实现集体迁移


来源 | MIT

编译 | 戴林潼

编辑 | 吴非


1986年,纳米技术先驱Eric Drexler在《创造的引擎》(Engines of Creation)一书中首次提出并描述了“Grey Goo”:能够自我复制的纳米分子机器人失去控制、如癌细胞般增殖,最终将地球上的所有生物资源。随后,这一概念随着科幻小说而迅速流传开。好在,现实世界里,这还只是一种疯狂的理论。当前的机器人通常由相互联系的组件组成而成,每个组件都有特定的功能,如果一个部件失效,机器人就会停止工作。


不过,在今天发表于《自然》杂志的一项工作中,科学家已经在机器人的群体性上接近了“Grey Goo”。哥伦比亚大学和MIT计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究人员合作,造出一类前所未有的仿生物细胞群体机器人。这种新型的粒子机器人由许多松散耦合的简单组件(即“粒子”)组成,每个粒子不能独立运动,只能轻微伸展或收缩。但组合在一起,机器人可以实现自主运动。



哥伦比亚大学的Hod Lipson和CSAIL主任Daniela Rus共同领导了这项研究。另外,本文共同第一作者之一,是中国学者、哈佛大学与CSAIL的博士后李曙光。


“你可以把我们的机器人想象成Grey Goo”,Lipson说,“我们机器人没有采用集中控制方式,也不存在单点故障的问题。它目前还比较初级,但我们知道这类机器人是可以存在的,我们认为这甚至可能解释细胞的运动。”



一个多世纪以来,人们一直试图制造出有自主意识的机器人,但这些机器不能像生物那样生长、愈合伤口或从伤害中恢复。哥伦比亚大学和CSAIL的团队一直致力于开发出不受制于部件的机器人,这类机器人即便有部分部件失灵,也能正常工作。研究团队希望机器人不仅要看起来像一个生物,而且要把它构建成生物系统,用简单的基础部件创造出具有复杂功能的机器人。


该团队与哈佛大学威斯研究所的Chuck Hoberman以及康奈尔大学合作,进行模拟和试验。他们在模拟中展示了由10万个粒子组成的机器人,并在试验中演示了一个由24个粒子组成的系统。


在这项试验中,这些粒子机器人被赋予了向光性。靠近光源的粒子处于更为明亮的光照下,因此会较早开始运动。这种运动使得机器人内部产生一种波,这种波会使整体向光移动。因此,即使单个粒子不能独立运动,机器人也能进行全局运动。



在数学模型中,他们模拟了用成百上千的粒子进行大规模障碍规避、物体运输的情景。同时,他们还展示了粒子机器人模型应对部件故障的能力。研究人员还发现,即使20%的粒子停止工作,粒子机器人仍能以完整状态的一半速度运行。


Rus说:“在开发粒子机器人的过程中,我们的问题是:能否用不同的方式来组成机器人细胞,从而根据不同的场景,制造出不同的机器人?我们甚至可以赋予这些粒子机器人自主改变形态的能力。例如,假如机器人需要从桌子上取一把螺丝刀,而螺丝刀太远拿不到,这时如果机器人可以重新排布粒子、让手臂变长,那么问题得到解决。”


目前的粒子机器人尺寸还比较大。研究小组已经开始使用更多厘米级的粒子测试他们的系统,此外他们还在探索其他形式的粒子机器人,例如用对声音、光线或化学梯度做出反应的微珠,制造出类似的机器人。


原始论文:

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1022-9

参考链接:

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


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