康奈尔大学的工程师开发了一套与传统机器人完全不同的集群系统。它没有中央控制器,不依赖算法通信,数十个细长模块仅凭魔术贴的微弱连接和自身物理形变,就能像流体一样移动、重组并翻越障碍。这项名为Cross-Link Collective的研究成果,发表在《科学·机器人学》期刊上。
每个模块长约200毫米、宽20毫米,内部一个小型电机驱使其在“I”形与“U”形之间反复切换,产生的推力让模块向前蠕动。两端贴有弱粘性魔术贴,使靠近的模块能在移动中临时连接或分离。单个模块行动迟缓,在复杂地形中容易卡顿;一旦串联成链,行为就发生质变——在坡道上连接后的移动比单体更可靠,在障碍物环境中则像流动材料一样,为保持凝聚力而连接,为避开卡滞而断开。
通讯作者、康奈尔大学电气与计算机工程副教授柯尔斯汀·彼得森(Kirstin Petersen)将这套逻辑概括为“机械智能”:“系统不依赖显式计算和通信,而是将智能转移到机器人的形状和它们之间的物理交互中。”换句话说,集群的协调运动不是被编程出来的,而是从模块连续连接与分离的物理过程中自然涌现的。
第一作者丹娜·马(Danna Ma)指出,这种结构带来了天然的冗余性:“某个模块电池出问题或因其他原因失效都不影响整体功能。系统可以自行适应,不依赖任何单个模块。”当部分机器人停止工作,没有中央控制器来指挥重组,集群却能动态地重新组织自己。
研究团队还为系统增加了一个极简的传感机制:当某个模块脱离群体,它会发出可听见的蜂鸣声,促使附近模块放慢速度,给掉队者留出追赶时间。马解释说:“没有任何集中式感知或控制。每个模块都能通过自己被推挤的程度推断是否失去了与群体的联系,然后用蜂鸣声让周围模块减速等待。就这么简单。”
模块的原始设计来自佐治亚理工学院,康奈尔团队经过数年测试与统计分析,优化了机器人在大规模集群中的连接和协同效果。Cross-Link Collective的灵感源自动态凝胶——这类材料的分子键在不断形成与断裂中维持整体结构。彼得森认为,随着机器人越来越多地进入高度不可靠和动态变化的真实场景,“开始思考我们能将什么编码进系统本身的物理特性中,是一件有意义的事。”
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