“能说会跳”的微型机器人问世，以蚂蚁为灵感，协作能力更强

李贤焕

Tribots。机器人

世界各地的机器人研究者一直都在自然界的生物中寻找灵感和模型，打造更好的机器人。近日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的机器人研究者在蚂蚁的启发下，开发了一种微型机器人——Tribots。

蚂蚁是“大力士”，能够举起超过自身重量数倍甚至数十倍的物体。但限于极小身型，蚂蚁个体的能力着实有限。但在群体的合作下，一群蚂蚁能够有序地分工，建造复杂的巢穴、组织前进路线。简单来说，就是通过交流和协作实现群体能力的最大化。

Tribots机器人的能力和蚂蚁很像。单个的Tribots能够推动比自身更重的物体，跳上数倍于自身尺寸的高度;而当它们聚集成群时，不同的个体之间能够进行交流、合作，共同完成同一个任务，甚至由一个机器人向多个其他个体下达指令，让多个机器人完成协同任务，只不过机器人之间的交流不需要通过触角进行。

Tribot 由多种传统的电子零部件折叠组装而成

在外形上，Tribots完全看不出有蚂蚁的样子，更像是一个行走的电路板，通过多张轻薄的材料折叠组装而成，由于奇特的外形，它也被称为是“三足机器人”。虽然机器人尺寸不超过10厘米，重量仅为10克，但巧妙的组合让这个简单的三足机器人具备了五种不同的运动形态：垂直跳跃、水平跳跃、翻过障碍物、在平台及非平坦的平面上行进。每个机器人都搭载了小型的红外和距离传感器（proximity sensor），用于感知和通信，这是机器人能独立根据环境作出应对、进行个体间通信的硬件基础。据EPFL介绍，该机器人还能根据不同的使用需求装载更多不同的传感器。

每个机器人都携带了小型锂电池，这些电池能够独立提供机器人行进、传感、行进所需的所有能量，形成了自驱动能力。在动力方面，团队选择使用了形状记忆合金，可以在特定温度下发生形变，并随着温度复原而恢复形状。团队在机器人机构上内置了微型加热器，通过短时间的加热控制形状记忆合金的伸缩，让其充当了机器人的肌肉。通过控制加热器的工作即可分别控制每条腿的运动，以此让机器人完成特定动作。

这些配置让Tribot具备了多种运动方式，如前脚后脚相继向前， 完成向前行走的动作;同时还能通过控制三条腿之间的配合，完成空翻动作，越过障碍物;在向上跳跃的测试中，Tribot的弹跳高度能够达到自身身高的2.5倍。

作者表示，开发这些动作都是受到了一种名为锯针蚁（Odontomachus ants）的启发，这种蚂蚁的特点在于有一个特化的颚夹，能在0.13毫秒将颚夹张开到180度，这个动作可以快速敲击地面，将自身迅速弹离。

从个体能力来说，小小的Tribot可以说是具备了蚂蚁般的“神力”。但更重要的还在后面：相同的结构，不同的角色分工，这也是蚂蚁群的最大特点之一。在Tribot身上，尽管每个机器人都有完全一致的结构、形态，而多样的运动能力实现不同的分工，从而达到协作的目的，这都是建立在机器人个体和群体间的通信能力之上的。

在一个例子中，研究人员将两个Tribots分别设定为领导者和跟随者，当前者经过一个间隙后，通过传输信号向后者告知了前方地形的变化，让后者能在没有注意到间隙的情况下，根据信号的指示，跳过了间隙。在另一个测试中，研究人员设置了单个机器人无法推动的重物，让两个Tribots合作将其推到特定位置。更有意思的是，两者间配合是由另一个机器人进行指挥，像一个指挥手一样指示两个“工人”共同完成合作任务。

“每个Tribot都像蚂蚁一样，可以扮演不同的角色。当他们面对新的任务、未知的环境时，或是其他机器人迷路的时候，它们也可以马上转变成新角色。这超出了自然界中蚂蚁的能力。”该研究的作者，EPFL可重构机器人实验室主任Jamie Paik说道。

在未来的实际应用中，比如执行紧急搜索任务，Tribots可以被大批量部署到现场。由于机器人数量众多且具备通信能力，他们可以在很大的范围内快速定位目标，而无需依賴GPS。“由于它们可以大量制造和部署，因此部分机器人的失效不会影响任务的成功，”Paik 补充道，“凭借其独特的集体协作能力，我们的小型机器人可以更好适应未知的环境，因而在某些任务中比大型机器人有更强的能力。”同时，作者也强调，可以将这个机器人看作是一个有趣的平台，可以探索新的运动模式和为特定任务定制机器人的可能性。

（摘自美《深科技》）（编辑/华生）