接觸過(guò)小孩子的人都知道,想要讓一個(gè)孩子聽(tīng)話已經(jīng)很困難了,同時(shí)控制多個(gè)孩子幾乎是不可能的。我國(guó)曾用無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)的空中拼字、拼圖表演是經(jīng)過(guò)了復(fù)雜精細(xì)的算法反復(fù)調(diào)試,才能呈現(xiàn)出最終讓人大呼驚艷的交互作用。但是,對(duì)于一些構(gòu)造簡(jiǎn)單、不一致,并且無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜編程的機(jī)器人時(shí),我們還能用它來(lái)做點(diǎn)什么嗎?
由佐治亞理工學(xué)院的高級(jí)計(jì)算教授Dana Randall和Dunn家庭物理學(xué)教授Daniel Goldman領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員試圖證明,即使最簡(jiǎn)單的機(jī)器人仍然可以完成遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一個(gè),甚至多個(gè)機(jī)器人能力的任務(wù)。這種被團(tuán)隊(duì)稱為“BOBbots”(本質(zhì)上只能算是移動(dòng)的粒子)的機(jī)器人完成這些任務(wù)的表現(xiàn)超出了他們的期望,甚至在去除掉所有傳感器、通信、內(nèi)存和計(jì)算的情況下同樣成功地僅借助機(jī)器人的物理特征完成了一組任務(wù)。研究團(tuán)隊(duì)將這一特征稱為“任務(wù)體現(xiàn)”(Task embodiment)。該研究于4月23日發(fā)布在《科學(xué)進(jìn)展》期刊上。
Randall教授解釋說(shuō),該團(tuán)隊(duì)的BOBbot(行為b,組織o,嗡嗡作響的b,機(jī)器人bot,BOBbots)以粒狀物理學(xué)先驅(qū)Bob Behringer的名字命名,“可以說(shuō)是笨得不能再笨了”。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由佐治亞理工大學(xué)物理系學(xué)生李勝凱(音譯,Shengkai Li)領(lǐng)導(dǎo)的精確計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)所補(bǔ)充,以方便在實(shí)驗(yàn)室有限的環(huán)境中進(jìn)行補(bǔ)充研究。
盡管BOBbot很簡(jiǎn)單,但研究人員發(fā)現(xiàn),當(dāng)機(jī)器人相互移動(dòng)并撞擊時(shí),“緊湊的聚集體形式能夠共同清除難以獨(dú)自移動(dòng)的沉重碎片”?!氨M管大多數(shù)人制造越來(lái)越復(fù)雜和昂貴的機(jī)器人來(lái)保證協(xié)調(diào),但我們希望看到使用非常簡(jiǎn)單的機(jī)器人可以完成哪些復(fù)雜的任務(wù)?!?/span>
受在棋盤(pán)上運(yùn)動(dòng)的粒子理論模型的啟發(fā),研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種稱為自組織粒子系統(tǒng)的理論抽象,以嚴(yán)格研究BOBbot的數(shù)學(xué)模型。利用概率論,統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和隨機(jī)算法的思想,研究人員能夠證明理論模型會(huì)隨著磁相互作用的增加而發(fā)生相變——在大型緊湊的簇中突然從分散變?yōu)榫奂?,?lèi)似于我們?cè)诔R?jiàn)的日常系統(tǒng)中看到的水和冰的相變。
Randall教授表示,“嚴(yán)格的分析不僅向我們展示了如何構(gòu)建BOBbot,而且還揭示了我們算法內(nèi)在的魯棒性,能夠在部分機(jī)器人出現(xiàn)了故障或無(wú)法預(yù)測(cè)的情況下也能進(jìn)行任務(wù)。”
隨著機(jī)器人算法的越來(lái)越精細(xì)復(fù)雜,算法出錯(cuò)的概率也逐漸增大。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái),人類(lèi)和機(jī)器人必然是緊密合作,機(jī)器人可以承擔(dān)的任務(wù)也將會(huì)越來(lái)越多,對(duì)于機(jī)器人故障的后備方案就顯得至關(guān)重要了。這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)表示了盡管機(jī)器人出錯(cuò),也可以通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作來(lái)處理一些日常事務(wù)。這在機(jī)器人的可靠性方面給予了我們更多的信心。