您是否知道，当一群机器人或细菌在有多个自由物体的空间中移动时，它们会偏转这些物体，以便它们可以通过?一个国际研究小组在《自然通讯》上发表的一项研究中成功地表明，这一运动留下的痕迹有助于群体的形成，作为群体之间的有效沟通机制。

第一作者CristóvãoDias是里斯本大学(CiênciasULisboa)(葡萄牙)理学院物理系和理论与计算物理中心的研究员。ManishTrivedi和GiorgioVolpe(英国伦敦大学学院)、GiovanniVolpe(瑞典哥德堡大学)和NunoAraújo(CiênciasULisboa)是本文的合著者。

了解去中心化系统中的协调机制有可能对从生物学到机器人学等多个知识领域产生积极影响。为了了解这种合作是如何发生的、这些科学进步的相关性以及下一步的研究步骤，我们与作者进行了交谈。

开展这项工作的机会是如何产生的?

NunoAraújo(NA)：过去几年，在欧盟委员会资助的博士网络背景下，我们一直与这两个小组合作，其中一个来自伦敦大学学院和哥德堡大学(瑞典)，研究无序环境中活性粒子(如细菌、微型机器人等)的运动。

通过观察它们与周围环境相互作用、改变环境的方式，以及这如何影响粒子本身的运动，我们发现了一种导致群体形成的重要行为，并开发了更好地理解所涉及机制的方法。

这项研究的内容是什么?

CristóvãoDias(CD)：这项研究涉及由Janus型胶体颗粒组成的系统，该系统与希腊神Janus一样，有两个不同的“面孔”。在我们的例子中，这些是球形颗粒，其中一个半球被石墨覆盖，为它们提供特定方向的推进力，在微观尺度上表现得像机器人。

我们的重点是了解这些作为自主代理的活性粒子如何与周围环境相互作用并改变它，以及这些变化的记忆如何促进协调，最终形成群体。

主要取得了哪些成果?

CD：当活性粒子在具有移动物体的介质中移动时，它会与它们碰撞，最终使它们偏转。这导致形成可供其他活性粒子使用的通道。

结合实验和计算方法，我们能够证明的是，这些通道的形成促进了活性粒子之间更大的相遇，从而促进了群体的形成。因此，尽管涉及的物种无法直接交流，但协调行动并有效形成群体的能力却出现了。

这项工作对社会和科学有多重要?

NA：这项工作为引入允许通过缺乏推理的主动系统探索复杂手段的方法铺平了道路。所产生的知识有助于增进科学理解，但也具有实际意义，为开发能够在充满挑战的环境中高效运行的自主系统提供创新方法。

对去中心化系统中协调机制的深入理解有可能对从生物学到机器人学等多个知识领域产生积极影响，有助于理解大自然如何发展有效的协调机制，并帮助实现单个单元复杂性最小的自治系统。

什么是下一个步骤?

NA：接下来的步骤包括加深我们对这一协调机制的理解，并在更广泛的背景下探索其影响。我们打算应用这些知识来提高去中心化系统对不同长度和时间尺度的效率和适应性。

CD：这项工作强调了探索和理解主动系统与其周围环境之间复杂相互作用的重要性，并利用这些原理来提高不同领域自主系统的效率和适应性。