日前，来自麻省理工学院的计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)、哥伦比亚大学和其他研究机构的研究人员从生物细胞中得到启发，开发出了计算简单的机器人，称为粒子，它聚集在一起形成一个单独的“粒子机器人”，可以四处移动、运送物体并完成其他任务。

这个所谓的“粒子机器人”系统由许多单独的圆盘状单元组成，即是“粒子”，这些粒子被它们周围的磁铁松散地连接在一起，每个单元只能做两件事:膨胀和收缩(每个粒子收缩时约为6英寸，膨胀时约为9英寸)，这种运动，如果仔细计时，可以让单个粒子以协调的运动相互推拉。机载传感器使集群能够被光源吸引。

在《自然》杂志发表的一篇论文中，研究人员展示了一个由24个真实的机器人粒子组成的集群，以及一个多达10万个粒子穿过障碍物走向一个灯泡的虚拟仿真。它们还表明，粒子机器人可以移动放置在它中间的物体。

粒子机器人可以形成多种形状，并能流畅地绕过障碍物，挤过狭窄的缝隙。值得注意的是，这些粒子没有一个是直接相互通信的，也没有一个是相互依赖来发挥作用的，所以粒子可以在不影响基团的情况下被添加或删除。在他们的论文中，研究人员展示了粒子机器人系统可以完成任务，即使许多设备出现故障。

这篇论文代表了一种新的思考机器人的方式，传统上，机器人都是为一个目的而设计的，由许多复杂的部件组成，当任何部件发生故障时就停止工作。研究人员说，由这些简单组件组成的机器人可以使系统更具可扩展性、灵活性和健壮性。

计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)主任、电气工程和计算机科学教授Andrew Viterbi和Erna Viterbi表示:“我们有小型机器人细胞，它们作为个体的能力不那么强，但作为一个群体却能完成很多事情。”“机器人本身是静态的，但当它与其他机器人粒子连接时，突然间，机器人集体就可以探索世界，控制更复杂的动作。”有了这些“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，而且，正如我们在实验中所展示的那样，还可以遵循光的梯度。这是非常强大的。”

在麻省理工学院，近20年来，Rus一直致力于模块化、连接式机器人的研究，其中包括一个可伸缩的立方体机器人，它可以连接到其他机器人来移动。但正方形的形状限制了机器人的群体运动和配置。

该论文的第一作者李曙光在2014年来到麻省理工学院之前一直在立普生的实验室做博士后，在他的合作下，研究人员开始研究可以相互旋转的圆盘状机械。它们还可以相互连接和断开连接，并形成许多配置。

粒子机器人的每个单元都有一个圆柱形基座，基座上装有电池、一个小型电机、检测光强的传感器、一个微控制器和一个发送和接收信号的通信组件。在顶部安装的是一个叫做霍伯曼飞行环的儿童玩具——它由一些小面板组成，这些小面板连接成一个圆形，可以被拉起来展开，然后再被拉回去收缩。每个面板上安装两个小磁铁。

其中的诀窍是给机器人粒子编程，让它们按照精确的顺序膨胀和收缩，从而推动和拉动整个群体朝向目标光源。为了做到这一点，研究人员给每一个粒子配备了一种算法，该算法可以分析从其他每一个粒子传播的光强信息，而不需要直接的粒子间通信。

粒子传感器检测光源发出的光的强度;粒子离光源越近，强度越大。每个粒子都不断地发出一个信号，这个信号与所有其他粒子的感知强度水平相同。假设一个粒子机器人系统测量1到10级的光强度:离光最近的粒子达到10级，离光最远的粒子达到1级。强度水平反过来又对应于粒子必须膨胀的特定时间。经历最高强度(10级)的粒子首先膨胀。当这些粒子收缩时，下一个按顺序排列的粒子，第9级，然后膨胀。这个定时的扩张和收缩动作发生在每一层。

李曙光说:“这就产生了一种机械的膨胀-收缩波，一种协调的推拉运动，将一个大的星团推向或远离环境刺激。”并补充说，关键的组成部分是粒子之间共享的同步时钟的精确计时，从而尽可能高效地实现运动，“如果你把同步时钟搞砸了，系统的工作效率就会降低。”

在我们上传的视频中，研究人员展示了一个粒子机器人系统，该系统由真实的粒子组成，当它们被点亮时，它们会朝着不同的灯泡移动和改变方向，并穿过障碍物之间的缝隙。在他们的论文中，研究人员还显示，模拟的多达10000个粒子团以它们一半的速度保持运动，即使高达20%的单元失败。

“这有点像众所周知的‘灰色粘稠物’，”哥伦比亚大学工程学院(Columbia engineering)机械工程学教授利普森说。“这里的关键创新之处在于，你有了一种新型机器人，它没有集中控制，没有单点故障，没有固定的形状，它的组件也没有独特的特性。”利普森补充说，下一步是将这些部件小型化，使之成为由数百万微小颗粒组成的机器人。