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(xué)

受蝙蝠、鯨魚等生物利用聲波交流導(dǎo)航的啟發(fā)，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)與德國慕尼黑大學(xué)科學(xué)家聯(lián)手，在12日出版的《物理評論X》雜志上發(fā)表重要研究成果：配備簡易聲學(xué)設(shè)備的個體微型機器人，能通過聲波協(xié)調(diào)形成具有環(huán)境適應(yīng)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(fēng)、揚聲器、振蕩器和電機等基礎(chǔ)元件，卻展現(xiàn)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(yù)料到如此簡單的設(shè)計能產(chǎn)生這般精妙的集體行為。相較于活性物質(zhì)依賴化學(xué)信號的傳統(tǒng)控制方式，聲波通信具有顯著優(yōu)勢：傳播更快更遠(yuǎn)、能量損耗極低，且系統(tǒng)設(shè)計更為簡潔。

雖然當(dāng)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(shè)計的實體機器人群體都將呈現(xiàn)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(dǎo)航、形態(tài)受損后可自主重組，且具備環(huán)境集體感知功能。

這些特性使機器人集群能在災(zāi)后環(huán)境勘探、污染物清理、靶向藥物輸送，以及環(huán)境監(jiān)測等多個應(yīng)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(fù)特性對傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)尤為重要。

最新成果標(biāo)志著活性物質(zhì)研究領(lǐng)域的重要突破。該領(lǐng)域旨在研究自推進微觀生物和合成代理（從成群的細(xì)菌或活細(xì)胞到微型機器人）的集體行為。最新研究也為開發(fā)能在復(fù)雜環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)的新一代微型機器人奠定了理論基礎(chǔ)。

(責(zé)編：雷哲瓊、姜潔)