許多動(dòng)物和微生物能夠完成復(fù)雜的任務(wù)，例如尋找食物或建立巢穴，團(tuán)隊(duì)或“群體”。其中一個(gè)最明顯的例子就是蜜蜂，因?yàn)樗鼈冏鳛橐粋€(gè)群體的生存在很大程度上取決于與其殖民地其他成員的合作。在過(guò)去幾年中，越來(lái)越多的研究人員試圖在機(jī)器人中重現(xiàn)這些迷人的群體動(dòng)力學(xué)，從而形成了一個(gè)稱(chēng)為群體機(jī)器人的研究領(lǐng)域。

利茲大學(xué)的研究人員最近提出了一種新的群體機(jī)器人方法，稱(chēng)為趨化性，受到微生物中觀察到的特定行為的啟發(fā)。他們的研究預(yù)先發(fā)表在arXiv上，源于作者對(duì)動(dòng)態(tài)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中簡(jiǎn)單無(wú)脊椎動(dòng)物生存的興趣，以及這些策略如何應(yīng)用于機(jī)器人。

“在我的博士和第一次博士后研究期間，我研究了一種名為秀麗隱桿線蟲(chóng)(一種流行的模式生物)的小蠕蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，并成功運(yùn)用我學(xué)到的來(lái)控制蛇形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，”開(kāi)展這項(xiàng)研究的研究人員之一喬丹·博伊爾告訴TechXplore。“目前的工作受到同一生物體的啟發(fā)，但這一次，正在考慮其更高層次的行為 - 特別是它利用其嗅覺(jué)導(dǎo)向食物來(lái)源的方式。”

在沒(méi)有感覺(jué)輸入的情況下，秀麗隱桿線蟲(chóng)通常向前移動(dòng)，但是以隨機(jī)的時(shí)間間隔進(jìn)行大轉(zhuǎn)彎。如果他們感覺(jué)到“正面”氣味隨著它們向特定方向移動(dòng)而變得越來(lái)越強(qiáng)烈，它們的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率就會(huì)降低。相反，當(dāng)“正面”或“期望”氣味變?nèi)鯐r(shí)，它們的可能性更大。這種被稱(chēng)為趨化性的行為最終會(huì)讓他們傾向于所需的感官刺激達(dá)到頂峰的位置。在他們的研究中，博伊爾，他的同事穆罕默德·多爾達(dá)和博士生西蒙·奧布特開(kāi)始復(fù)制這個(gè)機(jī)器人群中的群策略并評(píng)估其有用性。

“這種策略的一個(gè)主要好處是它只需要一個(gè)模擬傳感器，因?yàn)閯?dòng)物移動(dòng)時(shí)會(huì)隨著時(shí)間的推移檢測(cè)到梯度，”Boyle解釋道。“在我們的工作中，我們已經(jīng)用聲音取代了氣味，因?yàn)樗菀子脵C(jī)器人創(chuàng)造和感知，并且隨著你從源頭進(jìn)一步變得更弱，”Boyle解釋道。“這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是它允許一組群體機(jī)器人被限制在特定區(qū)域(即聲源周?chē)?，而不需要物理邊界，映射能力或復(fù)雜的傳感系統(tǒng)。”

該視頻顯示了機(jī)器人隨機(jī)探索環(huán)境以收集感興趣的項(xiàng)目的模擬。目標(biāo)僅限于特定區(qū)域，但機(jī)器人不是。正如人們所預(yù)料的那樣，他們?cè)O(shè)法收集了不少目標(biāo)，但隨著時(shí)間的推移，他們離開(kāi)工作區(qū)而未能收集其余的目標(biāo)。

研究人員使用他們開(kāi)發(fā)的算法，將趨化性應(yīng)用于一群探索機(jī)器人，最終促使他們返回到位于無(wú)限環(huán)境中的巢穴周?chē)奶囟üぷ鲄^(qū)域。他們?cè)谝幌盗心M和硬件驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中測(cè)試了它們的性能，從而測(cè)試了它們的方法的有效性。雖然他們的結(jié)果主要是基于模擬而不是現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)現(xiàn)，但研究人員發(fā)現(xiàn)他們成功地整合了聲音傳播的精確模型。