聲波協調微型機器人蜂群展現智慧行為

编辑者: Vera Mo

一個國際科學團隊成功研發出微型機器人,這些機器人能透過聲波協調,形成龐大的蜂群,並展現出類似智慧的集體行為。這種能夠在狹窄空間內導航並在受損後自我重組的蜂群,為探索災難區域、淨化污染或進行體內醫療治療等複雜任務開啟了新的可能性。

由賓州州立大學的伊戈爾·阿倫森(Igor Aronson)領導的研究,已於2025年8月12日在《Physical Review X》期刊上發表。此概念的靈感來自於自然界中動物如蝙蝠和昆蟲利用聲學信號進行溝通與導航的方式。阿倫森將這種蜂群行為比喻為蜜蜂或蠓蟲,牠們的移動與產生的聲響能維持群體的凝聚力,使其如同一個單一的個體般運作。每個微型機器人都配備了聲波發射器和偵測器,使其能夠對聲場做出反應,透過調整發射頻率並朝向最強信號移動來達成協調。這種機制促進了自組織結構的形成,包括蛇形實體、局部聚集體和旋轉環等不同形態。這些集體蜂群展現了表型穩健性、集體決策和環境感測等湧現功能。

這些聲波微型機器人蜂群的潛在應用範圍極為廣泛。在環境科學領域,它們可用於修復受污染的區域。在醫療方面,它們可能能夠在人體內部進行微創手術。牠們能夠自我組織並適應複雜任務的能力,代表了蜂群機器人領域的一項重大進展。先前研究,例如2022年展示的用於引導微型機器人蜂群的聲波虛擬牆,以及2025年推出的用於聲學交互的AcoustoBots,都突顯了聲波操控在控制與利用機器人系統方面的潛力日益增長。研究人員發現,與化學信號相比,聲波在微型機器人之間的通訊上效果更佳,這為未來更精確的控制和協調提供了基礎。此外,這些微型機器人蜂群的集體感測能力,使其能夠偵測周遭環境的變化,而其自我修復的特性則意味著即使在分散後也能保持作為一個集體單位的運作,這對於威脅偵測和感測應用尤其有用。這項研究為開發更智慧、更具韌性且最終更有用的微型機器人奠定了基礎,有望解決世界上一些最棘手的問題。

來源

  • Mirage News

  • Acoustic signaling enables collective perception and control in active matter systems

  • Rolling microswarms along acoustic virtual walls

  • Swarming microrobots self-organize into diverse patterns

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