Исследование, опубликованное в журнале Physical Review X, демонстрирует принципиально новый подход к управлению микророботами. Вместо химических сигналов, которые использовались ранее, ученые применили звуковые волны для координации действий микророботов.
Роботы размером с насекомых «договариваются» друг с другом и действуют вместе
Ученые из Университета Пенсильвании и Мюнхенского университета создали компьютерную модель микророботов, которые используют звуковые волны для координации в больших роях и двигаются, проявляя коллективный интеллект.
Микророботы используют звук для самоорганизации и собираются в кольцо. Physical Review X (2025). DOI: 10.1103/m1hl-d18s
Природа давно использует акустические сигналы для координации — летучие мыши, киты и насекомые общаются с помощью звука. Теперь команда ученых взяла на вооружение этот принцип для создания модели крохотных роботов, способных автономно объединяться в рои с проявлением коллективного интеллекта.
«Представьте рои пчел или комаров», — объясняет руководитель исследования Игорь Аронсон. — «Они двигаются, издают звук, а звук поддерживает их сплоченность — множество роботов действует как одно целое».
Сложное целое складывается из простых составляющих
Акустически сообщающаяся активная материя. (a) Схема самоходных роев с полярным расположением. Стрелки указывают направление движения роя, ??. (b) Отдельные рои обладают внутренним осциллятором, управляющим их акустической эмиссией. В свою очередь, их колебательные состояния могут синхронизироваться через акустическое поле. (c) Рои выравниваются в направлении более высоких амплитуд звука с акустической восприимчивостью Ξ.
Каждый микроробот оснащен простейшими компонентами: мотором, крошечным микрофоном, динамиком и осциллятором. Несмотря на примитивность конструкции, роботы демонстрируют удивительные способности к самоорганизации и адаптации.
Акустическая связь позволяет роботам синхронизироваться и двигаться к источнику самого сильного сигнала (где роботов больше — там звук сильнее). При деформации рой способен восстанавливать форму, а при разделении — воссоединиться. Эти свойства открывают широкие перспективы применения.
Роботы собираются в различные фигуры. Эти фигуры могут двигаться, не распадаясь.
В будущем такие рои могут исследовать зоны бедствий, очищать загрязненные территории или доставлять лекарства внутри человеческого тела. Их коллективные сенсорные способности помогут обнаруживать изменения в окружающей среде, а способность к «самовосстановлению» обеспечит непрерывную работу даже после повреждений.
«Акустические волны работают гораздо лучше для коммуникации, чем химические сигналы», — отмечает Аронсон. — «Звук распространяется быстрее и дальше почти без потери энергии, а конструкция робота — намного проще».
Работа показывает новый этап в развитии «активной материи» — изучения коллективного поведения самодвижущихся микроскопических агентов. Впервые показано, что звуковые волны могут служить средством управления микророботами, открывая путь к созданию умных и устойчивых систем, состоящих из простых агентов, для решения сложных задач.