就個(gè)體而言，單個(gè)螞蟻是相對(duì)頭腦簡(jiǎn)單的生物。然而，作為一個(gè)蟻群時(shí)，它們個(gè)體之間總是相互合作，能執(zhí)行非常復(fù)雜的任務(wù)，例如化身建筑高手筑巢、覓食和御敵等等。
近日，哈佛大學(xué)的研究人員就從螞蟻中獲得靈感，設(shè)計(jì)了一組機(jī)器人(RAnts)，這些機(jī)器人可以協(xié)同工作，僅使用幾個(gè)基本參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的集體“越獄”行動(dòng)。
該項(xiàng)研究以論文（Dynamics of cooperative excavation in ant and robot collectives）為題發(fā)表在Elife期刊上。
該研發(fā)團(tuán)隊(duì)的教授表示：“這個(gè)項(xiàng)目一直致力于了解白蟻和蜜蜂等社會(huì)性昆蟲(chóng)的集體動(dòng)態(tài)，尤其是這些昆蟲(chóng)如何操縱環(huán)境來(lái)創(chuàng)造復(fù)雜的功能性建筑。”
螞蟻的“絕地求生”實(shí)驗(yàn)
螞蟻主要通過(guò)它們的觸角進(jìn)行交流，用它們來(lái)感知其他螞蟻釋放的信息素，并通過(guò)觸摸其他螞蟻來(lái)識(shí)別它們的種姓，也正是這種組織間的信息交換使復(fù)雜任務(wù)的集體解決方案成為可能。
針對(duì)螞蟻的這項(xiàng)特性，哈佛大學(xué)的研究小組首先進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，研究人員將一群黑木蟻帶入了一個(gè)由瓊脂糖制成的圍欄，圍欄兩側(cè)夾在兩塊硬塑料片之間，用紅外光通過(guò)視頻監(jiān)控它們如何協(xié)同工作以挖掘出圍欄并從中逃脫。
螞蟻挖掘的集體動(dòng)態(tài)
“起初，圍欄內(nèi)的螞蟻隨機(jī)四處移動(dòng)，在它們開(kāi)始合作逃離圍欄之前通過(guò)觸角進(jìn)行交流。”該論文的主要作者之一介紹道。
研究人員們觀察到，螞蟻會(huì)自發(fā)地聚集在它們互動(dòng)更頻繁的區(qū)域周?chē)�。一旦一些螞蟻開(kāi)始挖隧道，其他螞蟻就會(huì)迅速加入聚集在一起，更有效地在一條隧道上工作，直到它們最終實(shí)現(xiàn)成功突圍。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的觀察現(xiàn)象，研究人員開(kāi)發(fā)了參數(shù)和模型來(lái)理解螞蟻的挖掘任務(wù)。
螞蟻密度場(chǎng)的演化
基于主體的仿真
群體智慧與機(jī)器人的碰撞
在這種理解和建立模型的驅(qū)動(dòng)下，研究人員構(gòu)建了機(jī)器人螞蟻RAnts合成并重現(xiàn)了蟻群這種行為，這些機(jī)器人可以相互響應(yīng)，也可以對(duì)環(huán)境做出反應(yīng)，以展示它們是如何執(zhí)行這種集體任務(wù)。
圖片來(lái)源：Mahadevan Lab/Harvard SEAS）
RAnts并沒(méi)有使用學(xué)信息素，而是使用了“光激素”，即漫游的 RAnt 留下的模仿信息素場(chǎng)或觸角的光場(chǎng)，機(jī)器人經(jīng)過(guò)的次數(shù)越多，光場(chǎng)就越亮。
RAnts 僅通過(guò)簡(jiǎn)單的本地規(guī)則進(jìn)行編程：遵循光敏場(chǎng)的梯度，避開(kāi)光敏素密度高的其他機(jī)器人，并在光敏素密度高的地方撿起障礙物，然后將它們?nèi)拥焦饷羲孛芏鹊偷牡胤健?/strong>
這三個(gè)規(guī)則使 RAnts 能夠迅速擺脫束縛，另外，它還能還使研究人員能夠探索到難以用真實(shí)螞蟻檢測(cè)到的行為區(qū)域。
這些規(guī)則的設(shè)定，讓RAnts和螞蟻們有著大致相同的“合作方式”。當(dāng)把它們放在圍欄里，周?chē)袔兹π≌系K物時(shí)，這些機(jī)器人很快就發(fā)現(xiàn)最好的逃跑計(jì)劃是集中在一個(gè)地方協(xié)同合作。
這種方法非常靈活，并且對(duì)傳感和控制中的錯(cuò)誤具有魯棒性。它可以擴(kuò)展并應(yīng)用于使用一系列不同類(lèi)型通信領(lǐng)域的數(shù)十或數(shù)百個(gè)機(jī)器人的團(tuán)隊(duì)。它也比其他協(xié)作解決問(wèn)題的方法更具彈性即使幾個(gè)單獨(dú)的機(jī)器人單元出現(xiàn)故障，團(tuán)隊(duì)的其他成員也可以完成任務(wù)。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)表示，這些簡(jiǎn)單參數(shù)編程的機(jī)器人未來(lái)可以應(yīng)用于解決其他復(fù)雜的問(wèn)題，如建筑、搜救和防御。
想象一下如果萬(wàn)一身處險(xiǎn)境中，一大波RAnts前仆后繼向你涌來(lái)，這畫(huà)面，可比螞蟻可愛(ài)多了。
