麻省理工学院，哥伦比亚大学和其他地方的研究人员从生物细胞中获得启发，开发出计算简单的机器人，这些机器人可以连接大群体来移动，运输物体和完成其他任务。
这个所谓的“粒子机器人”系统 - 基于麻省理工学院，哥伦比亚工程学院，康奈尔大学和哈佛大学研究人员的项目 - 包括许多单独的盘形单元，研究人员将其称为“粒子”。粒子通过松散连接围绕着他们周边的磁铁，每个单位只能做两件事：扩张和收缩。(每个粒子在收缩状态下约为6英寸，在伸展时约为9英寸。)当仔细定时时，该运动允许单个粒子以协调运动的方式相互推拉。板载传感器使群集能够吸引光源。
在一篇 Nature 论文中，研究人员演示了一组由二十几个真实机器人粒子组成的虚拟模拟，以及一个通过障碍物向灯泡移动的多达100,000个粒子的虚拟模拟。他们还表明，粒子机器人可以运输放置在其中间的物体。
粒子机器人可以形成许多配置，并在障碍物周围流畅地导航并挤过紧密的间隙。值得注意的是，没有一个粒子直接与彼此通信或相互依赖以起作用，因此可以添加或减少粒子而不会对组产生任何影响。在他们的论文中，研究人员表明，即使许多单位发生故障，粒子机器人系统也能完成任务。
本文提出了一种思考机器人的新方法，这种机器人传统上是为一个目的而设计的，包含许多复杂的部件，并在任何部件出现故障时停止工作。研究人员表示，由这些简单组件组成的机器人可以实现更具可扩展性，灵活性和强大的系统。
“我们拥有的小型机器人单元不像个人那么强大，但可以作为一个团队完成很多工作，”计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)主任Daniela Rus和Andrew and Erna Viterbi电气工程教授说。计算机科学。“机器人本身是静态的，但当它与其他机器人粒子连接时，机器人集体可以突然探索世界并控制更复杂的行动。利用这些“通用细胞”，机器人粒子可以实现不同的形状，全局变换，全局运动，全局行为，并且正如我们在实验中所示，遵循光的梯度。这非常强大。“
加入罗斯的论文是：第一作者李曙光，CSAIL博士后; 共同第一作者Richa Batra和相应的作者Hod Lipson，哥伦比亚工程学院; Cornell的David Brown，Hyun-Dong Chang和Nikhil Ranganathan; 和哈佛的查克霍伯曼。
在麻省理工学院，Rus已经开发了近20年的模块化连接机器人，包括一个可以连接到其他人来移动的扩展和收缩立方体机器人。但方形限制了机器人的群体运动和配置。
在Lipson实验室的合作下，李在2014年进入麻省理工学院之前是博士后，研究人员采用了可以相互旋转的圆盘形机构。它们还可以相互连接和断开，并形成许多配置。
粒子机器人的每个单元都有一个圆柱形底座，里面装有一个电池，一个小电机，检测光强度的传感器，一个微控制器，以及一个发出和接收信号的通信元件。安装在顶部的儿童玩具叫做霍伯曼飞行环 - 它的发明者是该论文的共同作者之一 - 它由连接成圆形结构的小面板组成，可以拉伸展开并推回合同。每个面板上安装两个小磁铁。
诀窍在于编程机器人粒子以精确的顺序扩展和收缩，以将整个组推向并拉向目标光源。为此，研究人员为每个粒子配备了一种算法，该算法可以分析来自其他每个粒子的光强度的广播信息，而无需直接的粒子到粒子的通信。
粒子的传感器检测来自光源的光的强度; 粒子离光源越近，强度越大。每个粒子不断地广播与所有其他粒子共享其感知强度水平的信号。假设一个粒子机器人系统测量1到10级的光强度：最接近光的粒子注册10级，最远的粒子注册1级。反过来，强度级别对应于粒子必须的特定时间。扩大。经历最高强度的粒子 - 级别10 - 首先扩展。随着这些粒子收缩，下一个粒子按顺序排列，然后扩展。该定时扩展和收缩动议发生在每个后续级别。
“这会形成一个机械膨胀 - 收缩波，一个协调的推动和拖动运动，使一个大的集群朝向或远离环境刺激，”李说。Li补充说，关键部件是粒子间共享同步时钟的精确定时，能够尽可能高效地进行移动：“如果弄乱同步时钟，系统的工作效率就会降低。”
在视频中，研究人员演示了一个粒子机器人系统，包括真实粒子移动和改变方向朝向不同的灯泡，当它们被轻弹，并通过障碍物之间的间隙。在他们的论文中，研究人员还表明，模拟的多达10,000个粒子的团簇保持运动，速度只有其一半，甚至高达20%的单位失败。
“它有点像众所周知的'灰色粘性'，”哥伦比亚工程公司机械工程教授利普森说，他参考了包含数十亿纳米机器人的自我复制机器人的科幻概念。“这里的关键新颖之处在于，你有一种新的机器人，它没有集中控制，没有单点故障，没有固定的形状，而且它的组件没有独特的身份。