环形机器人

撰文：蒂姆·霍尼亚克（Tim Hornyak） 来源：中国数字科技馆

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科学家创造了一种由多个重复单元组成的机器人。这些单元组像一群虫子一样，可以在不需要任何控制中心的情况下响应周围的刺激——这与活细胞的特点很像。

每个环形单元（或者称“粒子”）的直径为23.5厘米，在磁力作用下松散地聚集在一起，只能依靠压缩或扩张移动。尽管这些“粒子”结构简单，但在集体行动时却可以完成相对复杂的行为，例如朝着一束光源移动。相关研究刊登在《自然》杂志上。研究显示，这种弱连接比其他机器人系统的容错性更高，不会因为一个坏点拖累整套系统，在部分单元故障时依然可以继续工作。

科学家认为，把这种粒子小型化以后，可以用于搜救领域。在房屋倒塌的废墟中，可以铺设装有传感器的粒子，帮助救援人员寻找被埋压的幸存者。这些微小单元还可以充当药物载体，抵达人体中的给药死角，或者模拟器官形成过程中的细胞活动，推动研究进展。

在粒子的原型机中，装有光传感器和简单的电子元器件，可以让单元组在算法的控制下调整收缩或者扩张。每个粒子都会测量光强，并向周围的同伴广播。通过比较相对光强，每个粒子会决定自己的“收缩-扩张”方式，以此步调一致地行动。

最近，研究人员创造了一个由24个粒子组成的集群，展示了它们如何朝一束光源移动。整个过程就像伤口愈合时，细胞聚集和移动的方式。“我们这套系统中的每一个粒子都很简单，而且整个集群没有控制中心，”麻省理工学院计算机科学及人工智能实验室主任德尼埃尔˙鲁斯（Daniela Rus，这项研究的负责人之一，也是《科学美国人》顾问委员会成员）说，这些单元“可以不依靠任何特定个体而协同工作。”

这套系统不仅能够规避障碍物，还能推动目标物。在模拟了10万个粒子同时工作的场景后，科学家发现，即使有20%的粒子发生故障，整套系统的最大移动速度也只会下降一半。

“这种技术有望应用于搜救、采集、信息传输和集群运输等领域，”东京大学工程学教授浅间一（Hajime Asama，并未参与这项研究）说，“但在投入实际应用前，还有很多难题需要解决。包括提高机器的适应力，应对不同任务、环境和自身状态的变化。”