研究人員已經(jīng)制造出一種完全由較小的機器人組成的新機器人，稱(chēng)為“小機器人”，以解鎖潛在的新運動(dòng)技術(shù)的原理。
建造常規機器人通常需要仔細地組合組件，例如電動(dòng)機，電池，致動(dòng)器，身體部位，腿和車(chē)輪。
3D打印的smarticle(聰明的活性粒子的縮寫(xiě))只能做一件事：拍打兩只手臂。但是，當研究人員圍成一圈限制其中五個(gè)智能小腦時(shí)，它們開(kāi)始相互微動(dòng)，形成了一個(gè)稱(chēng)為“超級智能”的機器人物理系統，它可以自行移動(dòng)。添加光或聲音傳感器可以使超級智能響應刺激而移動(dòng)，甚至可以控制得足夠好以迷宮導航。
盡管現在還很初級，但由較小的機器人制造機器人的概念(并利用通過(guò)合并個(gè)體而產(chǎn)生的組能力)可以對非常小的機器人提供基于機械的控制。最終，該小組的新興行為可以為可能改變形狀的小型機器人提供一種新的運動(dòng)和控制方法。
佐治亞理工學(xué)院物理學(xué)院教授丹·高德曼(Dan Goldman)說(shuō)：“這些都是非?；镜臋C器人，其行為主要由力學(xué)和物理定律決定。” “我們不希望對它們全部進(jìn)行復雜的控制，感測和計算。隨著(zhù)機器人變得越來(lái)越小，我們將不得不使用力學(xué)和物理原理來(lái)控制它們，因為它們將不具備常規控制所需要的計算和感知水平。”
從釘書(shū)釘到Smarticles
該研究的基礎來(lái)自一個(gè)不太可能的來(lái)源：對建筑釘書(shū)釘的研究。通過(guò)將這些重型訂書(shū)釘倒入帶有可移動(dòng)側面的容器中，前博士學(xué)位學(xué)生尼克·格列維什(Nick Gravish)(現為圣地亞哥加州大學(xué)的一名教員)創(chuàng )造出了能夠在研究人員拆除容器壁之后自立的結構。
搖動(dòng)釘書(shū)釘塔最終會(huì )導致它們倒塌，但觀(guān)察結果使人們意識到，簡(jiǎn)單地纏結機械物體可以創(chuàng )建功能遠遠超出單個(gè)組件的結構。
高德曼說(shuō)：“一個(gè)由其他基本機器人組成的機器人成為了視覺(jué)。” “您可以想象制造一個(gè)機器人，在其中您可以對其幾何參數進(jìn)行一些微調，然后出現的是定性的新行為。”
在眾多之中，有一個(gè)
為了探索這一概念，研究生研究助理Will Savoie使用3D打印機創(chuàng )建了電池供電的smarticle，它們具有電機，簡(jiǎn)單的傳感器和有限的計算能力。僅當設備與其他設備交互并被環(huán)包圍時(shí)，它們才能更改其位置。
高德曼解釋說(shuō)：“即使沒(méi)有單個(gè)機器人能夠自行移動(dòng)，但由多個(gè)機器人組成的云也可能隨著(zhù)自身的分離而移動(dòng)，而隨著(zhù)自身的聚集而收縮。” “如果在小型機器人的云團上放一個(gè)環(huán)，它們就會(huì )開(kāi)始互相踢，而較大的環(huán)(我們稱(chēng)之為超級智能機)會(huì )隨機移動(dòng)。”
研究人員注意到，如果一個(gè)小型機器人停止移動(dòng)，也許是因為其電池沒(méi)電了，那組智能棒將開(kāi)始朝那個(gè)停滯的機器人方向移動(dòng)。研究生羅斯·沃肯汀(Ross Warkentin)了解到，他可以通過(guò)向機器人添加光電傳感器來(lái)控制運動(dòng)，當強光束照射到其中一個(gè)機器人時(shí)，光電傳感器可以使手臂拍打停止。
高德曼說(shuō)：“如果將手電筒正確地傾斜，則可以突出顯示要使其不活動(dòng)的機器人，即使沒(méi)有編程的機器人朝著(zhù)燈光移動(dòng)，環(huán)也會(huì )朝著(zhù)它或遠離它傾斜。” “這允許以非常簡(jiǎn)單，隨機的方式操縱合奏。”
物理學(xué)院教授庫爾特·維森菲爾德(Kurt Wiesenfeld)和研究生扎克·杰克遜(Zack Jackson)對這些智能小齒輪和超級智能小齒輪的運動(dòng)進(jìn)行了建模，以了解環(huán)的微動(dòng)和質(zhì)量如何影響整體運動(dòng)。西北大學(xué)的研究人員研究了智能粒子之間的相互作用如何提供方向控制。
搖擺不定
“對于許多機器人來(lái)說(shuō)，我們有電流驅動(dòng)電機，這些電機會(huì )在零件上產(chǎn)生力，從而使機器人可靠地共同運動(dòng)，”機械工程學(xué)教授Todd Murphey說(shuō)。“我們了解到，盡管各個(gè)智能粒子通過(guò)混亂的相互影響而相互作用，而這些波動(dòng)都是無(wú)法預料的，??但是由這些智能粒子組成的整個(gè)機器人的移動(dòng)方式卻是可預測的，并且我們可以在軟件中加以利用。”
在未來(lái)的工作中，高盛設想利用智能物件的簡(jiǎn)單感應和移動(dòng)功能進(jìn)行更復雜的交互。他說(shuō)：“人們對制造一種由其他機器人組成的群體機器人很感興趣。” “這些結構可以通過(guò)調整幾何形狀按需重新配置以滿(mǎn)足特定需求。”
山姆·斯坦頓說(shuō)，該項目對美國陸軍很感興趣，因為它可能會(huì )導致能夠改變其形狀，形式和功能的新型機器人系統。他是美國陸軍作戰能力發(fā)展司令部陸軍研究實(shí)驗室的一個(gè)成員-陸軍研究辦公室的復雜動(dòng)力學(xué)和系統項目經(jīng)理。
“未來(lái)的陸軍無(wú)人系統和系統網(wǎng)絡(luò )被認為能夠改變其形狀，形態(tài)和功能。例如，某個(gè)機器人群有一天可能能夠移動(dòng)到河中，然后自主地形成一種結構來(lái)跨越空白。” Stanton說(shuō)。“ Dan Goldman的研究正在確定物理原理，這些物理原理可能被證明對未來(lái)的機器人集體的工程緊急行為以及對系統性能，響應能力，不確定性，彈性和適應性的基本權衡取舍有新的認識。”
該研究發(fā)表在《科學(xué)機器人》雜志上。