鱼群、蜂群和椋鸟在自然界中表现出集群行为，它们像液体一样以同步、变形的协调方式流动。从流体力学的角度来看，集群对物理学家特别感兴趣，例如芝加哥大学SewellAvery杰出物理学教授和詹姆斯·弗兰克研究所(JamesFranckInstitute)以及詹姆斯·弗兰克研究所(JamesFranckInstitute)研究人员科学家BaudouinSaintyves，他们将物理原理应用于模块化、自适应机器人的发展。

群体像液体一样流动、在没有领导者的情况下协同行动以及对其环境做出反应的能力启发了Saintyves和Jaeger的最新创作，他们称之为“Granulobot”。它可以分裂、重新组装和重新组织以适应环境。根据其构造，它可以像刚性固体或流动液体一样发挥作用。

该团队表示，聚合系统“模糊了软机器人、模块化机器人和群体机器人之间的区别”。

该原型是与芝加哥伊利诺伊理工学院机械与航空航天工程系教授MatthewSpenko合作开发的，在《科学机器人》杂志上发表的一篇论文中描述了该原型。

软机

“颗粒机器人”是一组简单的圆柱形齿轮状单元，配有两个可以绕圆柱轴旋转的磁铁。一个磁铁自由旋转，而电池供电的电机驱动另一个磁铁。这种设计允许各个单元通过磁性连接，一旦耦合，就会推动相邻的单元并导致它们旋转。每个单元之间的接触使聚合体作为一个整体移动，就像蜂群一样。

“软体机器人领域对于机器人与人类交互的应用特别有趣，”耶格说。“你不想让人们受伤。”然而，软机器人技术的必要性不仅限于安全性，还包括适用性。耶格说，可以改变形状的机器人可以爬进“角落和缝隙”，或者管理不确定的地形——例如，这对于搜索和救援都很有用。

对于改变形状和执行不同功能的机器人来说，其在刚性和软性之间可预测且可逆地波动的能力是关键。颗粒材料具有使这种转变成为可能的固有特性。这类材料可以根据接触而不是温度在液体和固体行为之间转变。

这种转变是由一种称为干扰的现象引起的，当无序、混乱的系统中的粒子非常接近以至于它们相互推挤并且它们的流动停止时，就会发生这种现象。凝聚态物理学家耶格描述了在高速公路上开车的情景：有时你会在高速公路上行驶，但有时你会撞上一辆接一辆的汽车，交通就会陷入瘫痪。耶格说，当这种情况发生在颗粒材料中时，“本质上就是一场大交通堵塞。”

通过真空密封的咖啡砖可以看到堵塞现象：打破密封，咖啡渣就会倒出。研磨咖啡在这方面效果非常好，Jaeger用它创造了一种柔软的机器人抓手，可以抓取和握住物体，无论其形状如何。

Granulobot圆柱体比咖啡粉大得多，但原理是相同的。Jaeger说：“干扰是Granulobot能够从可塑的、更具流动性的行为转变为更像固体的行为的基础。”

Jaeger指出，Granulobot的设计目的是展示该团队的模块化、自组织方法，但在未来，这些模块可能会非常小——数千个单元如此之小，以至于整个团队看起来像是一个单一的整体。“另一个思考起来非常有趣的方向是让它们变得更大、更大。”

耶格说，物理学通常依赖于特定的条件——极小、极热或极冷。“我的许多同事必须在某些环境中工作，否则他们的整个物理学将无法发挥作用。对于生活也是如此。”

然而，支撑Granulobot的物理原理与规模或温度无关。“他们可以在水下工作;他们可以在外太空工作，”耶格说。

Granulobot有望在机器人技术领域取得令人兴奋的进步，但Saintyves和Jaeger都是物理学家。他们还利用这项研究寻找思考物质的新方法。

“根据自我协调和周围环境的能量转移，你的系统要么是可编程材料，要么是自主机器人。这是一个连续体，”桑蒂维斯说。但“我们正在模糊物质和机器人之间的界限。”在经典的可编程物质方法中，材料是一台机器;“在这里，我们正在探索机器是一种材料的想法。”