“粒子机器人”形成大型组以完成任务

研究人员已经开发了计算简单的机器人，称为粒子，该簇，并形成一个移动的单个“粒子机器人”，可以移动，运输物体，并完成其他任务。来自麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室（CSAIL），哥伦比亚大学和其他地方的工作。图像：菲利斯·弗兰克尔（Felice Frankel）

来自生物细胞的提示，来自麻省理工学院，哥伦比亚大学和其他地方的研究人员已经开发了计算的简单机器人，可以在大型群体中连接到周围，运输物品和填写其他任务。

这种所谓的“粒子机器人”系统 - 基于麻省理工学院，哥伦比亚工程，康奈尔大学和哈佛大学研究人员的项目 - 包括许多逃避圆盘形单位，研究人员称之为“粒子”。颗粒通过周边周围的磁体松散地连接，每个单元只能做两件事：扩展和收缩。（每个颗粒在其收缩状态下约为6英寸，并且在扩展时约为9英寸。）当小心定时时，这种运动允许近季粒子在协调运动中彼此推动并拉动。板载传感器使群集能够倾向于光源。

在今天发表的自然论文中，研究人员展示了两次真正的机器人颗粒的一簇，并且可以通过朝向灯泡移动障碍物的障碍物的虚拟模拟。他们还表明，粒子机器人可以将物体运输放置在其中间。

来自哥伦比亚省MIT，哥伦比亚大学，其他地方的研究人员开发了计算上的简单机器人，可以在大型群体中连接，运输物品，以及填写其他任务。

粒子机器人可以形成许多配置，并流动地绕过障碍物并通过紧张的间隙挤压。值得注意的是，颗粒中没有一个直接与彼此依赖或依赖于功能，因此可以在没有任何对该组的任何影响的情况下添加或减去颗粒。在他们的论文中，研究人员展示了粒子机器人系统即使在许多单位发生故障时也可以完成任务。

本文代表了一种思考机器人的新方法，传统上为一个目的设计，包括许多复杂的部件，并且在任何部分故障时停止工作。研究人员所说的，由这些简单的组件组成的机器人可以实现更可扩展，灵活和强大的系统。

“我们有小型机器人细胞，这些机器人不能如此辛勤化，但可以实现很多作为一个团体，”计算机科学和人工智能实验室（CSAIL）主任Daniela Rus说，Andrew和Eterna Viterbi电气工程教授计算机科学。“机器人本身就是静态的，但是当它与其他机器人颗粒连接时，突然间机器人集体可以探索世界并控制更复杂的动作。通过这些“通用细胞，”机器人颗粒可以实现不同的形状，全球转变，全球运动，全局行为，以及我们在我们的实验中显示的，遵循光的渐变。这是非常强大的。“

在论文上加入rus是：首次作者智光李，一位CSail Postdoc; Co-First作者Richa Batra和Columbia Engineering俩的哈德·林森;大卫朗布朗，杨昌，康奈尔的尼克尼尔朗纳纳森;和哈佛的Chuck Hoberman。

在麻省理工学院，RUS一直在近20年的模块化，连通机器人，包括扩展和承包的立方体机器人，可以连接到其他人来移动。但是方形形状限制了机器人的群体运动和配置。

与Lipson的实验室合作，在2014年来到麻烦之前，李是一个邮政编码，研究人员采用了圆盘形机制，可以彼此旋转。它们还可以彼此连接和断开连接，并形成多种配置。

粒子机器人的每个单元具有圆柱基座，该基座容纳电池，小电动机，检测光强度，微控制器和发送和接收信号的通信组件的传感器。安装在顶部是一个叫做Hoberman飞行戒指的儿童玩具 - 它的发明家是本文的共同作者之一 - 由圆形地层连接的小面板组成，可以拉动扩展并推回合同。每个面板安装两个小磁铁。

诀窍是编程机器人粒子以精确序列扩展和收缩，以推动并将整个组朝向目的地光源。为此，研究人员用算法配备了每个粒子，该算法分析了来自每种颗粒的光强度的广播信息，而无需直接粒子到粒子通信。

粒子的传感器检测光源的光强度;颗粒越靠近光源，强度越大。每个粒子不断地广播与所有其他粒子共享其感知强度水平的信号。说粒子机器人系统测量光强度为1到10的等级：最接近光寄存器的粒子10级和最远将注册级别1。反过来，强度级别对应于粒子必须扩展的特定时间。粒子经历最高强度 - 10级 - 首先展开。作为那些颗粒合同，下一个颗粒按顺序，9级，然后膨胀。在每个后续级别都发生定时扩展和收缩动作。

“这产生了机械膨胀 - 收缩波，一种协调的推动和拖动运动，使大集群朝向或远离环境刺激，”李说。密钥组件LI添加，是从粒子中的共享同步时钟的精确定时，使尽可能有效地移动：“如果搞定同步时钟，系统将工作更有效。”

在视频中，研究人员展示了一种颗粒机器人系统，包括真正的颗粒移动和改变向不同灯泡的方向，因为它们被轻拂，并通过障碍物之间的间隙工作。在他们的论文中，研究人员还表明，模拟簇高达10,000个粒子，保持运动的运动，即使高达20％的单位失败。

“哥伦比亚工程机械工程教授Lipson说：”这有点像众所周知的“灰色粘性”，参考了包括数十亿纳米杆的自我复制机器人的科幻概念。“关键新颖性是您有一种新型机器人，没有集中控制，没有单点故障，没有固定的形状，其组件没有唯一的身份。”

下一步，Lipson增加，是小型化组件，使由数百万微观粒子组成的机器人。

参考：“基于统计机械的粒子机器人松散耦合组件”由曙光李，瑞达·兰德拉，大卫·朗格，张昌昌，尼克尔朗那纳州，查克霍夫曼，丹妮拉rus和哈克·丽思丽思丽思，自然。多利：
10.1038 / s41586-019-1022-9