微型機器人能用聲波自組成智能集群

聲波成為控制微型機器人的一種手段。圖片來源：賓夕法尼亞州立大學

受蝙蝠、鯨魚等生物利用聲波交流導航的啟發，美國賓夕法尼亞州立大學與德國慕尼黑大學科學家聯手，在12日出版的《物理評論X》雜志上發表重要研究成果：配備簡易聲學設備的個體微型機器人，能通過聲波協調形成具有環境適應能力的智能集群，其自組織行為堪比鳥群或魚群。

研究團隊首次證實聲波可作為微型機器人的控制媒介。這些理論模型中的機器人僅配備微型麥克風、揚聲器、振蕩器和電機等基礎元件，卻展現出驚人的群體智慧。每個個體都會自動將振蕩器頻率與群體聲場同步，并向最強聲源靠攏。

研究團隊從未預料到如此簡單的設計能產生這般精妙的集體行為。相較于活性物質依賴化學信號的傳統控制方式，聲波通信具有顯著優勢：傳播更快更遠、能量損耗極低，且系統設計更為簡潔。

雖然當前研究仍停留在計算機模擬階段，但研究團隊確信，任何遵循該設計的實體機器人群體都將呈現相同的智能特征。這種聲控微型機器人集群能在狹小空間靈活導航、形態受損后可自主重組，且具備環境集體感知功能。

這些特性使機器人集群能在災后環境勘探、污染物清理、靶向藥物輸送，以及環境監測等多個應用場景中大顯身手。而且，即使個別機器人損壞，集群仍能保持整體功能，這種自我修復特性對傳感器網絡建設尤為重要。

最新成果標志著活性物質研究領域的重要突破。該領域旨在研究自推進微觀生物和合成代理（從成群的細菌或活細胞到微型機器人）的集體行為。最新研究也為開發能在復雜環境中執行任務的新一代微型機器人奠定了理論基礎。

(責編：雷哲瓊、姜潔)