瑞士洛桑联邦理工学院“能说会跳”的微型“蚂蚁”群体协作机器人问世！

瑞士洛桑联邦理工学院“能说会跳”的微型“蚂蚁”群体协作机器人问世！ 

近日，瑞士的一个研究小组开发了一种微型机器人，尽管在个体层面只有最低的物理智能，但却能够进行沟通并集体行动。

瑞士洛桑联邦理工学院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。

就个体而言，蚂蚁的力量不大，智慧也不是很高。然而，作为一个蚁群时，它们可以使用复杂的策略来完成复杂任务或躲避体型更大的捕食者。

简单来说，就是通过交流和协作实现群体能力的最大化。

三条腿的“蚂蚁”机器人，多种运动技能

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 5 种不同的运动形态：垂直跳高、水平跳远、翻筋斗跳过障碍物、在崎岖的地面行走，以及在平地上爬行。

相关论文发表在今天的最新一期Nature杂志。

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。

扁平的材料由 PCB 板和聚合物构成，再经过几个折叠，二维结构就变成了三维结构，这样的设计保证了机器人的可扩展性。

需要的元器件可以全都焊接在 PCB 板上，包括微控制器，距离和通信传感器以及可充电电池等，这样可以实现自带电池，无需外接设备。

对于当前版本的 Tribot 来说，决定其尺寸的关键因素是电池的容量。虽然整个 Tribot 只有 10g 重，巴掌大小，但当前使用的电池（3.7V，40mAh）几乎占 PCB 表面积的一半，占机器人重量的 40%。

PCB 板后面则粘了 Kapton 聚酰亚胺层，这两个层通过粘合剂膜粘合在一起，并要在 160 ℃和 90N 压力下热压 2 分钟，形成了柔性铰链，为机械蚁提供柔韧性。

机器人的三条腿由 Y 型铰链连接，它的 " 肌肉 " 则由线性弹簧式形状记忆合金（SMA）执行器构成，这种材料在受热时可以变形，Y 型铰链可以通过加热激活 " 肌肉 " 来实现腿的开闭，而前面提到的 Kapton 刚好也是一种隔热材料。

Y 型铰链同时也是机器人的 " 下颌骨 "，像锯针蚁那样通过扣压下颚来实现弹跳也要仰仗它。当 Y 型铰链在三个侧面中的任何一侧被一对伸展的 SMA 弹簧执行器打开至略高于 180 ° 的角度时，它会以一个与压力成比例的变速度按扣进施加压力的一侧。

━ ━ ━ ━ ━

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，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。

研究人员表示，开发这些动作都是受到了一种名为锯针蚁的启发，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”。

角色合作：领导、探索者、工人

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，而无需依赖 GPS。

凭借其独特的集体协作能力，这些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。

研究人员也表示，这项工作是一个有趣的开始，可以探索新的运动模式，以及定制机器人完成特定任务的可能性。