長久以來，由數(shù)十億納米粒子組成的“灰濛”機(jī)器人的概念一直吸引著科幻小說愛好者們的關(guān)注，但大多數(shù)研究人員認(rèn)為這只是一種瘋狂的想法。機(jī)器人通常是由相互依存的子組件構(gòu)成的自包含實(shí)體。每個(gè)子組件都有特定的功能，如果某個(gè)部件失效，機(jī)器人就會停止工作。在集群機(jī)器人中，每個(gè)小機(jī)器人都是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器。

《自然》雜志3月20日報(bào)道，美國哥倫比亞大學(xué)和麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（CSAIL）的研究人員首次展示了一種新型機(jī)器人的制造方法。這種機(jī)器人主要由許多松散耦合的“粒子”構(gòu)成。它與集群機(jī)器人或模塊化機(jī)器人的不同之處在于，粒子機(jī)器人的每個(gè)部件都很簡單，甚至沒有獨(dú)立的標(biāo)識。每個(gè)粒子只能進(jìn)行均勻的體積振蕩（輕微的膨脹或收縮），但不能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。哥倫比亞大學(xué)機(jī)械工程學(xué)教授Hod Lipson與CSAIL主任Daniela Rus領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將成千上萬的粒子集聚成“粘性”集群并讓其隨著光源振動(dòng)時(shí)，粒子機(jī)器人竟然緩慢地向著光源處移動(dòng)了。

Lipson說：“你可以將我們設(shè)計(jì)的新型機(jī)器人想象成科幻作品中的‘灰濛’。這種機(jī)器人不存在單點(diǎn)故障，也不受集中控制。雖然現(xiàn)階段它還很原始，但它證實(shí)了這類型機(jī)器人的可行性。此外，我們認(rèn)為粒子機(jī)器人甚至可以用于解釋為何單個(gè)細(xì)胞無法運(yùn)動(dòng)，細(xì)胞群卻可以一起運(yùn)動(dòng)?！?/p>

研究人員試圖制造出自主型機(jī)器人，但它們都是非生物機(jī)器人，無法生長和自愈。Lipson等一直致力于開發(fā)健壯的可伸縮機(jī)器人，即時(shí)單個(gè)部件出現(xiàn)故障，也不影響機(jī)器人正常工作。Lipson說：“我們嘗試從根本上重新構(gòu)思機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案，以使它與眾不同。我們不僅需要讓機(jī)器人看起來像一個(gè)生物體，還要真正地把它構(gòu)筑成一個(gè)生物系統(tǒng)。更重要的是，具備復(fù)雜功能的機(jī)器人必須由簡單的部件構(gòu)成?！盧us補(bǔ)充說：“自然界中所有的生物都是由細(xì)胞組成的，它們以不同的方式結(jié)合形成有機(jī)體。因此，在開發(fā)粒子機(jī)器人的時(shí)候我們自問，能否用類似的原理制造機(jī)器人？”

論文作者Shuguang Li主要完成了物理實(shí)驗(yàn)部分，他說：“距離光源越近的粒子會越早進(jìn)入運(yùn)動(dòng)周期。運(yùn)動(dòng)會形成一種‘運(yùn)動(dòng)波’，波的傳遞使整個(gè)粒子機(jī)器人行動(dòng)起來?！毖芯咳藛T還研究了粒子機(jī)器人對更大型的障礙的規(guī)避能力，以及對噪聲部件和單個(gè)故障部件的恢復(fù)適應(yīng)能力。論文作者Richa Batra說：“即使有20%的粒子喪失機(jī)能，我們的粒子機(jī)器人仍然能保持近一半的正常運(yùn)轉(zhuǎn)速度?！?/p>

目前，研究人員已經(jīng)展開了厘米級粒子機(jī)器人系統(tǒng)和其他形式的粒子機(jī)器人的研究。Lipson說：“終將有一天，科學(xué)家會制造出對聲音、光線或化學(xué)梯度有特定反應(yīng)的粒子機(jī)器人。這類機(jī)器人在區(qū)域清理和未知地形探索等方面有巨大的應(yīng)用潛力?！?/p>