在傷口愈合和癌細胞擴散過程中，會出現(xiàn)細胞集體遷移現(xiàn)象——細胞“大軍”目標明確地向指定地點集結(jié)。但到目前為止，生物學(xué)家對這一重要現(xiàn)象還有不少困惑，如每個細胞參與有序集體運動的機制，特別是細胞使用何種信息來確定集體細胞運動的方向等。
一項最新的研究進展，也許會幫助解決上述困擾。近日，Nature 雜志封面發(fā)表重大工程學(xué)突破——仿生物細胞群體機器人問世。
圖丨李曙光設(shè)計的粒子機器人（來源：MIT NEWS）
這種機器人能夠模擬生物細胞集體遷移，實現(xiàn)移動、搬運物體及向光刺激移動。該研究為開發(fā)具有預(yù)先確定性行為的大規(guī)模群體機器人系統(tǒng)提供了全新途徑，且比傳統(tǒng)機器人和仿生系統(tǒng)具有更高的可擴展性。
圖丨李曙光和他設(shè)計的粒子機器人（來源：MIT NEWS）
這項工作由來自麻省理工學(xué)院（MIT）、哥倫比亞大學(xué)、康奈爾大學(xué)和哈佛大學(xué)等多所高校的研究人員合作完成。該論文第一作者為中國科學(xué)家李曙光，目前在 MIT 計算機科學(xué)和人工智能實驗室做博士后。
針對粒子機器人的創(chuàng)新性、獨特優(yōu)勢、未來應(yīng)用和進一步研究等議題，李曙光接受了 DeepTech 的專訪，予以解讀。
（來源：Nature）
極端設(shè)計逼出創(chuàng)新
在一段實驗 Demo 中，一小群粒子機器人表現(xiàn)得很聰明：實驗場里有兩盞燈，粒子機器人聚在中間；打開左邊的燈，它們就往左邊走；把左邊燈關(guān)掉，打開右邊的燈，機器人又組隊往右邊去；把兩盞燈都打開，它們就朝著中間的方向走。
實驗中，研究者只是發(fā)出一個“開始”指令，過程中完全不加控制，粒子機器人總能奔著光去。
“粒子機器人，是研究團隊創(chuàng)造的一個新詞匯。”李曙光說。
（來源：MIT NEWS）
從外觀看，單個“粒子”呈簡潔的圓盤狀，內(nèi)置電池、通信模塊、小電機，以及獨特設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)。單個“粒子”無法移動，只能像相機光圈那樣伸縮。在收縮狀態(tài)下，直徑約 15 厘米；在擴張狀態(tài)下，直接約 23 厘米。
傳達指令有兩種方式：一是粒子機器人自帶的 USB 接口；二是每個粒子機器人都裝有無線模塊，研究者可以遠程寫入程序，然后機器人群體就按照指令去做。
當(dāng)把三個“粒子”放在一起，“粒子”在接受指令伸縮時，就會與“鄰居”互動，你推我拽，三個“小伙伴”就可以沿直線行走。
加入更多的“粒子”，就能干更復(fù)雜的事情。一群“粒子”組成的機器人，可以在光線的引導(dǎo)下，四處移動、運送物體，以及躲避障礙物。
圖丨生物體內(nèi)的細胞可以自行形成更大的有機體，此次研究亦受此啟發(fā)（來源：Nature）
曾有不少人問李曙光，為什么不讓單個“粒子”跑起來？他回答說，“如果讓它跑起來，那就跟 99% 的研究完全一樣了。”原來，“粒子”機器人的最大亮點正來自于設(shè)置了一個極端的運行條件——單個“粒子”不能動，想動，必須靠其他“小伙伴”協(xié)同。
蜂群機器人或稱集群機器人，是一個熱門研究領(lǐng)域。絕大多數(shù)的集群機器人的單體都是可以移動的，或是振動式，或是輪式。這些研究更側(cè)重于機器人之間的信息協(xié)同，聚焦于機器人如何通訊，如何協(xié)調(diào)，主要工作屬于算法層面的。
粒子機器人系統(tǒng)的獨特之處，在于除了信息交換，還有力學(xué)協(xié)同，即通過粒子之間“你推我，我拉你”來實現(xiàn)。
圖丨此次論文（來源：Nature）
李曙光表示，粒子機器人互相之間的你追我趕是更獨特的研究，結(jié)合了信息和力學(xué)兩方面的智能。