在物理学中，粒子是具有物理特性（比如质量或体积）的小型物质。而我们无限的宇宙正是由这些毫不起眼的物质组成的。

因此，粒子十分值得研究人员来研究。麻省理工学院、哥伦比亚大学、康奈尔大学和哈佛大学的研究人员在他们的合作机器人系统中命名机器人为“粒子”。

最近，《自然》杂志中的一篇文章提出了一种概念：小型机器人的合作系统也能够完成复杂的工作，即使系统中的每个组件在计算中都不复杂。这是自动化分支中的群体机器人的核心理论。尽管它在很大程度上还是研究型大学的研究范围，但是在未来，国防、农业和基础设施检查等部门也要依靠成群的小型廉价机器人在环境中工作，完成单个机器人永远无法完成的任务。

粒子机器人的研究人员的灵感是来自于吸引和排斥的原理。每个粒子都是圆盘状的，并通过磁铁与其周围的其他粒子松散地连接。即单个粒子可以远离周围的粒子或靠近它们。

粒子机器人

图片来源：felice frankel

但是，这个简单的动作掩盖了集群可以作为一个整体，从而执行令人难以置信的多样的任务。就像一群蚂蚁一样，粒子机器人可以以它们的方式拾取和运输物体。它们还可以像水流过湍急的河流中的障碍物一样，在物体周围无缝地导航物体，这可是单个大型机器人无法做到的事情。

mit的计算机科学与人工智能实验室（csail）的主任daniela rus和电子工程与计算机科学系andrew与erna viterbi教授说：“我们所拥有的小型机器人单元并不像个体机器人那么强大能干，但可以作为一个团队完成很多工作。机器人本身是静态的，但当它与其他粒子机器人连接时，机器人集体可以开始探索世界并控制更复杂的动作。通过这些机器人单元，粒子机器人可以实现不同的形状配置，整体转换，整体行动。这是非常强大的。”

在《自然》杂志的这篇文章中，研究人员展示了多达十万个粒子的模拟使用场景。这个团队还使用了一组较小的十几个真实粒子来展示这个概念。

和rus一起写这篇文章的有：第一作者csail博士后shuguang li；共同第一作者richa batra和通讯作者hod lipson（两人都是哥伦比亚大学工程学院的）；康奈尔大学的david brown，hyun-dong chang和nikhil ranganathan；以及哈佛大学的chuck hoberman。

每个粒子的圆柱形底座都装有电池和小型电机，以及光传感器和微控制器。粒子之间不直接相互通信，这是系统的优点之一。将新粒子添加到系统中，并将其他粒子拿走，也不会影响周围粒子的性能。

当集体内的单个粒子收到指令要何时收缩或膨胀时，这个系统就开始起作用了。通过正确的序列，整个组开始波动并移动。在这种情况下，微型机器人上的光传感器将集体移向光源。通过比较离光源较近的粒子和离光源较远的粒子感知到的光强度，粒子簇能够得到准确的定位，然后整个系统开始收缩或膨胀。

li说：“这就产生了一种机械的收缩-膨胀波——一种协调的推拉运动，它能使大型的机器人集群靠近或远离环境刺激。关键是粒子间共享的同步时钟的精确定时，这样能使集群尽可能高效地进行移动。如果弄乱了同步时钟，系统的工作效率就会降低。”

虽然这个技术还没有被直接应用，但可能的未来用例会包括建筑业、材料处理和检查。这个项目的下一步是使粒子更小型化，以便部署数十万甚至数百万个粒子，从而成为机器人。

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