微型"对话式"机器人可组成自愈式变形集群

"想象一下蜂群或蠓群，" 阿伦森说。"它们移动时产生声音，而声音使它们保持凝聚力，众多个体如同一个整体般行动。"

研究人员于8月12日在期刊《物理评论X》(Physical Review X) 上发表了他们的研究成果。

阿伦森解释说，由于这种能广播声音的微型机器群是自组织的，它们可以在狭窄空间中导航，甚至在变形后重新成形。这些集群的集体——或称涌现——智能有朝一日或可用于执行诸如清理污染环境等任务。

除环境应用外，机器人集群还可能作用于人体内部，例如将药物直接递送至病灶区域。阿伦森表示，它们的集体感应能力有助于检测环境变化，而"自我修复"特性意味着即使群体分散后仍能保持集体功能，这在威胁检测和传感器应用中尤为重要。

"这标志着在创造更智能、更具韧性且最终更实用的微型机器人方面取得了重大飞跃——这些机器人能以最小复杂度应对全球性挑战，"他说。"该研究的见解对于设计下一代微型机器人至关重要，使其能够在复杂环境中执行任务并响应外部信号。"

研究中，团队开发了计算机模型来追踪微型机器人的运动轨迹。每个机器人均配备声发射器和检测器。他们发现声学通信能使个体机器人无缝协作，根据环境调整形态和行为，其协同方式类似鱼群或鸟群。

阿伦森指出，虽然论文中的机器人是基于理论（或称智能体）模型的计算智能体，而非实体制造的物理设备，但模拟结果观察到的集体智能涌现现象，在相同设计的实验研究中极可能出现。

"我们从未预料到如此简单的机器人能在模型中展现出如此高度的凝聚力和智能，"阿伦森说。"这些电子电路极其简单。每个机器人仅配备电机、微型麦克风、扬声器和振荡器，却能实现集体智能。它们将自身振荡器同步至集群声场频率，并向最强信号源迁移。"

该发现为新兴领域"活性物质"（研究自驱动微观生物与合成智能体——从细菌群、活细胞到微型机器人的集体行为）树立了新里程碑。阿伦森解释道，这首次证明声波可作为控制微型机器人的手段。此前，活性物质粒子主要通过化学信号控制。

"声波通信远优于化学信号，"阿伦森强调。"声波传播更快更远且几乎无能量损耗——设计也更为简洁。机器人通过'听觉'相互'定位'，实现集体自组织。每个元件极其简单，集体智能与功能源于最简要素和基础声学通信。"

论文合著者包括慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的亚历山大·齐普克、伊万·马雷舍夫和埃尔温·弗雷。本研究由约翰·邓普顿基金会资助。