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傳統(tǒng)意義上的機(jī)器人，由許多復(fù)雜的部件組成，其中任何一個(gè)部件發(fā)生故障都可能使整個(gè)機(jī)器人停止工作。發(fā)表在頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）的封面論文論證了一種嶄新的機(jī)器人設(shè)計(jì)思路：用多個(gè)彼此獨(dú)立的粒子單元組成機(jī)器人系統(tǒng)，粒子單元的數(shù)量變化和故障不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

粒子機(jī)器人系統(tǒng)

《自然》封面圖

該粒子機(jī)器人系統(tǒng)（particle robotics）由相互獨(dú)立的粒子單元松散連接而成，可完成向目標(biāo)光源運(yùn)動(dòng)、躲避障礙物、轉(zhuǎn)移物體等任務(wù)。由于這種特殊設(shè)計(jì)，粒子機(jī)器人系統(tǒng)具有傳統(tǒng)機(jī)器人系統(tǒng)所沒有的靈活性、可擴(kuò)展性和魯棒性。魯棒性(robustness)指的是系統(tǒng)的健壯性，是在異常和危險(xiǎn)情況下系統(tǒng)生存的關(guān)鍵。

《自然》論文截圖

《自然》評(píng)論稱，該粒子機(jī)器人系統(tǒng)未來可應(yīng)用于勘探、建筑和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。例如，使用納米級(jí)別的粒子機(jī)器人將藥物運(yùn)送到人體內(nèi)難以達(dá)到的目標(biāo)區(qū)域。

值得注意的是，粒子機(jī)器人系統(tǒng)中，沒有一個(gè)粒子直接與另一個(gè)粒子通信或依賴于另一個(gè)粒子發(fā)揮作用。因此，即使在系統(tǒng)中添加或減少粒子，也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響。研究人員發(fā)現(xiàn)，即使20%的粒子發(fā)生故障，系統(tǒng)也可以保持運(yùn)動(dòng)。這顯示了粒子機(jī)器人在處理單個(gè)粒子單元故障時(shí)的穩(wěn)健性。

粒子機(jī)器人系統(tǒng)躲避障礙物

粒子機(jī)器人系統(tǒng)向光源移動(dòng)

這項(xiàng)機(jī)器人科學(xué)領(lǐng)域的最新突破由麻省理工學(xué)院、哥倫比亞大學(xué)、康奈爾大學(xué)和哈佛大學(xué)的研究人員歷經(jīng)五年共同完成。