相比單獨(dú)工作的機(jī)器人，群體性的機(jī)械結(jié)構(gòu)體協(xié)同工作所能夠取得的效率更高

（圖片來源：pixabay）

　　最近，《自然》雜志上發(fā)表了一種新型機(jī)器人設(shè)計，設(shè)計者是來自麻省理工學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊。

　　設(shè)計優(yōu)秀的機(jī)器人來協(xié)助人類進(jìn)行各種重復(fù)性工作一直是相關(guān)工程師們努力的目標(biāo)。相比于單獨(dú)工作的機(jī)器人，似乎群體性的機(jī)械結(jié)構(gòu)體協(xié)同工作所能夠取得的效率更高。麻省理工學(xué)院設(shè)計的這種機(jī)器人正是以協(xié)同工作作為主要的設(shè)計方向。

　　盡管機(jī)器人有各種類型，不過像是科幻作品中我們所常見的那些人形機(jī)器人反而在現(xiàn)實(shí)中不太常見。在實(shí)際工程應(yīng)用里，工程師會去除掉機(jī)器人身上不必要的部分，僅針對于某種行為機(jī)制進(jìn)行設(shè)計，留下高度簡化的機(jī)械結(jié)構(gòu)。這些機(jī)器人最后大多呈現(xiàn)出性能最優(yōu)化以后的型態(tài)。

麻省理工學(xué)院研究團(tuán)隊設(shè)計的新型機(jī)器人及其工作原理示意圖

（圖片來源：見參考文獻(xiàn)）

　　麻省理工學(xué)院研究團(tuán)隊設(shè)計的這種新型機(jī)器人與其說是機(jī)器的 “人”，不如說更接近于機(jī)器“細(xì)胞”。這種新型機(jī)器人由數(shù)十個環(huán)形單元構(gòu)成，每個環(huán)形單元直徑為23.5厘米。這些環(huán)形單元具有感光裝置、簡單的電子元器件和可以相互吸引或分開的磁力。

　　研究人員希望讓這種新型機(jī)器人集體行動，而非單獨(dú)進(jìn)行工作。研究人員認(rèn)為，這樣的設(shè)計能讓機(jī)器人工作更加高效和穩(wěn)定。環(huán)形單元在接收到光強(qiáng)信息后，會通過裝置傳遞給周圍的單元，各個單元經(jīng)過統(tǒng)一的算法，確定接下來的行為。每一個環(huán)形單元都不需要依靠于某一具體的“決策者”進(jìn)行行動，而是根據(jù)外部環(huán)境協(xié)同作業(yè)。

　　在測試實(shí)驗(yàn)中，研究人員放置了24個環(huán)形單元組成的集群。當(dāng)外部光源出現(xiàn)時，這套系統(tǒng)開始以驚人的方式向其移動。整個行為過程如同細(xì)胞聚集移動一樣，環(huán)形單元集群會產(chǎn)生進(jìn)行收縮還是擴(kuò)張的判斷。研究人員具體觀察發(fā)現(xiàn)，首先接收到光源的環(huán)形單元將信息傳遞給周邊相鄰的單元，接著在磁力與機(jī)械結(jié)構(gòu)的作用下，環(huán)形單元按照事先設(shè)定的算法規(guī)則逐步向外部光源移動。

協(xié)同工作具有很大的優(yōu)勢，系統(tǒng)不會因?yàn)槌霈F(xiàn)一個單元的損壞而導(dǎo)致崩潰。

（圖片來源：pixabay）

　　相比于單個機(jī)器人的工作，協(xié)同工作具有很大的優(yōu)勢。首先，它的工作容錯率很高，不會因?yàn)橐粋€單元的損壞或錯亂導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。在計算機(jī)模擬測試中，10萬個環(huán)形單元的工作結(jié)果里，即使有20%的單元發(fā)生故障，系統(tǒng)也僅僅是下滑一半的移動速度，移動過程并沒有被打斷。

　　其次，這樣的系統(tǒng)對于工作環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)性，集群算法會得出最優(yōu)的方案進(jìn)行行動。并且，在維持簡單的工作原理下，人們可以將這些單元的功能、大小、形狀進(jìn)行更改，以達(dá)到各種不同的使用要求，滿足各類實(shí)際應(yīng)用的需要。例如，把追蹤光源的目標(biāo)變?yōu)槎惚苷系K物，或是推動物品，理論上都是可行的。將各個單元縮小后，還能應(yīng)用到醫(yī)藥領(lǐng)域，作為藥物輸送的載體。另一方面，這種新型機(jī)器人還能進(jìn)入到危險的區(qū)域進(jìn)行探索、測量、采集、搜救以及運(yùn)輸?shù)鹊?。利用這種集群擬態(tài)，它們能夠應(yīng)用到許多不同的方面，適應(yīng)不同的環(huán)境，以完成不同的任務(wù)。

　　不過，這些機(jī)器人目前還處在實(shí)驗(yàn)階段，在現(xiàn)實(shí)的工作環(huán)境下，這種適應(yīng)力是否需要調(diào)整、算法是否會產(chǎn)生錯誤的決定，以及如何及時進(jìn)行自我糾錯，這些都還有待研究人員后續(xù)的分析與測試。顯然，在實(shí)現(xiàn)構(gòu)想之前，研究人員還有很多問題需要解決。



關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復(fù)【最新活動】，了解近期科普活動
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復(fù)【研學(xué)營】，了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【科學(xué)防控】，學(xué)習(xí)疫情相關(guān)科普知識