沈陽自動化所集群機器人研究獲進展

2025-09-15 11:49:52中國科學(xué)院沈陽自動化研究所閱讀量：16774      我要評論

　　自然界中動物的集群行為啟發(fā)了機器人學(xué)的發(fā)展，比如模仿蟻群的多機器人路徑規(guī)劃和模仿魚群的避障與協(xié)同控制。隨著生物學(xué)的進展和學(xué)科交叉的發(fā)展，發(fā)育生物學(xué)中的細胞集群行為機理也被用來指引機器人的發(fā)展，為機器人領(lǐng)域的仿生類生研究帶來了新的靈感。

　　中國科學(xué)院沈陽自動化研究所微納米課題組科研人員通過機器人集群實驗，驗證了胚胎發(fā)育中的“差異粘附假說”，為理解胚胎發(fā)育中形態(tài)發(fā)生和群體智能行為提供了新的研究手段。

粘附差異水平與機器人集群(細胞集群)分選速度存在非線性關(guān)系

　　科研團隊設(shè)計了一套包含50個直徑10厘米的圓形機器人的集群系統(tǒng)，通過在外殼中嵌入不同強度的磁鐵模擬細胞間粘附力的差異。實驗發(fā)現(xiàn)了粘附力差異與分選速度之間的非線性關(guān)系：當(dāng)機器人之間的模擬粘附力差異顯著或非常小時，分選排序快速完成；而在中等粘附力差異水平下，排序過程顯著變慢。這一發(fā)現(xiàn)隨后在細胞培養(yǎng)實驗中得到驗證，研究人員推測生物胚胎可能通過調(diào)控特定基因表達來控制細胞粘附力差異，從而精確控制發(fā)育過程中的時序節(jié)奏。相關(guān)研究成果發(fā)表于Cell Reports Physical Science期刊，楊永良研究員、劉連慶研究員為通訊作者，該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目的支持。

　　該研究將工程科學(xué)與生命科學(xué)交叉融合，以機器人集群作為研究細胞集群行為的“物理模擬平臺”，揭示了生物發(fā)育過程中物理相互作用的關(guān)鍵作用。通過開展深度融合細胞行為的機器人集群控制方法研究，研究團隊致力于構(gòu)建用于生命科學(xué)研究的硅基類生命機器人集群系統(tǒng)，實現(xiàn)機器人化的生命科學(xué)研究，這將有助于提高生命科學(xué)研究效率和擴展機器人技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

　　國際學(xué)術(shù)期刊Nature旗下Nature Outlook專欄于7月15日發(fā)表的文章Robots demonstrate principles of collective intelligence中，關(guān)注并介紹了上述成果。(機器人學(xué)研究室)

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