相比單獨工作的機器人，群體性的機械結構體協(xié)同工作所能夠取得的效率更高

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　　最近，《自然》雜志上發(fā)表了一種新型機器人設計，設計者是來自麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室的研究團隊。

　　設計優(yōu)秀的機器人來協(xié)助人類進行各種重復性工作一直是相關工程師們努力的目標。相比于單獨工作的機器人，似乎群體性的機械結構體協(xié)同工作所能夠取得的效率更高。麻省理工學院設計的這種機器人正是以協(xié)同工作作為主要的設計方向。

　　盡管機器人有各種類型，不過像是科幻作品中我們所常見的那些人形機器人反而在現(xiàn)實中不太常見。在實際工程應用里，工程師會去除掉機器人身上不必要的部分，僅針對于某種行為機制進行設計，留下高度簡化的機械結構。這些機器人最后大多呈現(xiàn)出性能最優(yōu)化以后的型態(tài)。

麻省理工學院研究團隊設計的新型機器人及其工作原理示意圖

（圖片來源：見參考文獻）

　　麻省理工學院研究團隊設計的這種新型機器人與其說是機器的 “人”，不如說更接近于機器“細胞”。這種新型機器人由數(shù)十個環(huán)形單元構成，每個環(huán)形單元直徑為23.5厘米。這些環(huán)形單元具有感光裝置、簡單的電子元器件和可以相互吸引或分開的磁力。

　　研究人員希望讓這種新型機器人集體行動，而非單獨進行工作。研究人員認為，這樣的設計能讓機器人工作更加高效和穩(wěn)定。環(huán)形單元在接收到光強信息后，會通過裝置傳遞給周圍的單元，各個單元經(jīng)過統(tǒng)一的算法，確定接下來的行為。每一個環(huán)形單元都不需要依靠于某一具體的“決策者”進行行動，而是根據(jù)外部環(huán)境協(xié)同作業(yè)。

　　在測試實驗中，研究人員放置了24個環(huán)形單元組成的集群。當外部光源出現(xiàn)時，這套系統(tǒng)開始以驚人的方式向其移動。整個行為過程如同細胞聚集移動一樣，環(huán)形單元集群會產(chǎn)生進行收縮還是擴張的判斷。研究人員具體觀察發(fā)現(xiàn)，首先接收到光源的環(huán)形單元將信息傳遞給周邊相鄰的單元，接著在磁力與機械結構的作用下，環(huán)形單元按照事先設定的算法規(guī)則逐步向外部光源移動。

協(xié)同工作具有很大的優(yōu)勢，系統(tǒng)不會因為出現(xiàn)一個單元的損壞而導致崩潰。

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　　相比于單個機器人的工作，協(xié)同工作具有很大的優(yōu)勢。首先，它的工作容錯率很高，不會因為一個單元的損壞或錯亂導致系統(tǒng)崩潰。在計算機模擬測試中，10萬個環(huán)形單元的工作結果里，即使有20%的單元發(fā)生故障，系統(tǒng)也僅僅是下滑一半的移動速度，移動過程并沒有被打斷。

　　其次，這樣的系統(tǒng)對于工作環(huán)境有很強的適應性，集群算法會得出最優(yōu)的方案進行行動。并且，在維持簡單的工作原理下，人們可以將這些單元的功能、大小、形狀進行更改，以達到各種不同的使用要求，滿足各類實際應用的需要。例如，把追蹤光源的目標變?yōu)槎惚苷系K物，或是推動物品，理論上都是可行的。將各個單元縮小后，還能應用到醫(yī)藥領域，作為藥物輸送的載體。另一方面，這種新型機器人還能進入到危險的區(qū)域進行探索、測量、采集、搜救以及運輸?shù)鹊?。利用這種集群擬態(tài)，它們能夠應用到許多不同的方面，適應不同的環(huán)境，以完成不同的任務。

　　不過，這些機器人目前還處在實驗階段，在現(xiàn)實的工作環(huán)境下，這種適應力是否需要調整、算法是否會產(chǎn)生錯誤的決定，以及如何及時進行自我糾錯，這些都還有待研究人員后續(xù)的分析與測試。顯然，在實現(xiàn)構想之前，研究人員還有很多問題需要解決。



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