“能說會跳”的微型機器人問世，以螞蟻為靈感，協作能力更強
2019-07-16 09:56:12 麻省理工科技評論螞蟻是“大力士”，能夠舉起超過自身重量數倍甚至數十倍的物體。但限于極小身型，螞蟻個體的能力著實有限。但在群體的合作下，一群螞蟻能夠有序地分工，建造復雜的巢穴、組織前進路線。簡單來說，就是通過交流和協作實現群體能力的最大化。
Tribots 機器人的能力和螞蟻很像。單個的 Tribots 能夠推動比自身更重的物體，跳上數倍于自身尺寸的高度；而當它們聚集成群時，不同的個體之間能夠進行交流、合作，共同完成同一個任務，甚至由一個機器人向多個其他個體下達指令，讓多個機器人完成協同任務。只不過，機器人之間的交流不需要通過觸角進行。
這一成果已經發表在了 Nature 上。
在外形上，Tribots 完全看不出有螞蟻的樣子，更像是一個行走的電路板，通過多張輕薄的材料折疊組裝而成，由于奇特的外形，它也被稱為是“三足機器人”。雖然機器人尺寸不超過 10 厘米，重量僅為 10 克，但巧妙的組合讓這個簡單的三足機器人具備了 5 種不同的運動形態：垂直跳躍、水平跳躍、翻過障礙物、在平臺及非平坦的平面上行進。
每個機器人都搭載了小型的紅外和距離傳感器（proximity sensor），用于感知和通信，這是機器人能獨立根據環境作出應對、進行個體間通信的硬件基礎。據 EPFL 介紹，該機器人還能根據不同的使用需求裝載更多不同的傳感器。
圖丨Tribot 由多種傳統的電子零部件折疊組裝而成。
每個機器人都攜帶了小型鋰電池，這些電池能夠獨立提供機器人行進、傳感、行進所需的所有能量，形成了自驅動能力。在動力方面，團隊選擇使用了形狀記憶合金，可以在特定溫度下發生形變，并隨著溫度復原而恢復形狀。
團隊在機器人機構上內置了微型加熱器，通過短時間的加熱控制形狀記憶合金的伸縮，讓其充當了機器人的肌肉。通過控制加熱器的工作即可分別控制每條腿的運動，以此讓機器人完成特定動作。
這些配置讓 Tribot 具備了多種運動方式，如前腳后腳相繼向前， 完成向前行走的動作；同時還能通過控制三條腿之間的配合，完成空翻動作，越過障礙物；在向上跳躍的測試中，Tribot 的彈跳高度能夠達到自身身高的 2.5 倍。
作者表示，開發這些動作都是受到了一種名為鋸針蟻（Odontomachus ants）的啟發，這種螞蟻的特點在于有一個特化的顎夾，能在 0.13 毫秒將顎夾張開到 180 度，這個動作可以快速敲擊地面，將自身迅速彈離。
從個體能力來說，小小的 Tribot 可以說是具備了螞蟻般的“神力”。
但更重要的還在后面：相同的結構，不同的角色分工，這也是螞蟻群的最大特點之一。
在 Tribot 身上，盡管每個機器人都有完全一致的結構、形態，而多樣的運動能力實現不同的分工，從而達到協作的目的，這都是建立在機器人個體和群體間的通信能力之上的。
在一個例子中，研究人員將兩個 Tribots 分別設定為領導者和跟隨者，當前者經過一個間隙后，通過傳輸信號向后者告知了前方地形的變化，讓后者能在沒有注意到間隙的情況下，根據信號的指示，跳過了間隙。
在另一個測試中，研究人員設置了單個機器人無法推動的重物，讓兩個 Tribots 合作將其推到特定位置。更有意思的是，兩者間配合是由另一個機器人進行指揮，像一個指揮手一樣指示兩個“工人”共同完成合作任務。
“每個 Tribot 都像螞蟻一樣，可以扮演不同的角色。當他們面對新的任務、未知的環境時，或是其他機器人迷路的時候，它們也可以馬上轉變成新角色。這超出了自然界中螞蟻的能力。”該研究的作者，EPFL可重構機器人實驗室主任 Jamie Paik 說道。
在未來的實際應用中，比如執行緊急搜索任務，Tribots 可以被大批量部署到現場。由于機器人數量眾多且具備通信能力，他們可以在很大的范圍內快速定位目標，而無需依賴 GPS。
“由于它們可以大量制造和部署，因此部分機器人的失效不會影響任務的成功，”Paik 補充道，“憑借其獨特的集體協作能力，我們的小型機器人可以更好適應未知的環境，因而在某些任務中比大型機器人有更強的能力。”
同時，作者也強調，可以將這個機器人看作是一個有趣的平臺，可以探索新的運動模式和為特定任務定制機器人的可能性。
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