三種組織形態(tài)，靈活組合

目前，伯林格是哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）和懷斯生物啟發(fā)工程研究所的一名博士，他所在的研究小組給出了一種解決方案：給每個(gè)機(jī)器人小魚裝配上 LED 燈，并基于此開發(fā)了一套水下視覺協(xié)調(diào)系統(tǒng)。

這項(xiàng)研究中，單只機(jī)器小魚被命名為“Bluebot”，研究人員共組裝了 7 只，它們組成的系統(tǒng)則被稱為“Blueswarm”。

圖｜Bluebot 的關(guān)鍵組件（來源：Berlinger）

Bluebot 的功能設(shè)計(jì)包括三個(gè)主要模塊：

2 個(gè)攝像頭可對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行 3D 感知；3 個(gè) LED 燈作為主動(dòng)信標(biāo)，用于相互識(shí)別；4 個(gè)獨(dú)立可控鰭片可提供 3D 空間游動(dòng)。

機(jī)載魚眼鏡頭相機(jī)可檢測(cè)到最遠(yuǎn) 5m 相鄰 Bluebot 的 LED 燈光和閃爍信號(hào)，并使用自定義算法確定其距離、方向和航向。

僅使用基于視覺的局部交互，研究人員報(bào)告了幾個(gè)自組織的水下機(jī)器人集體行為示例，這些行為包括協(xié)調(diào)同步時(shí)間，空間受控分散和動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等，最后以多種行為的組合來實(shí)現(xiàn)搜索任務(wù)操作。

圖｜Blueswarm 平臺(tái)（來源：Science Robotics）

所有這些都可以通過使用非常簡(jiǎn)單的通信方式來實(shí)現(xiàn)，并且在位置感測(cè)或控制方面沒有任何外部輔助，這成功驗(yàn)證了三維空間中隱式、自組織和分散協(xié)調(diào)的水下機(jī)器人集合的概念。

具體而言，這項(xiàng)工作大概有 3 個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)需要實(shí)現(xiàn)：

1、跨時(shí)間的自組織。就像螢火蟲通過閃爍來吸引伴侶一樣，7 個(gè) Bluebots 機(jī)器人的 LED 同時(shí)閃爍，相互之間會(huì)觀察相鄰?fù)�伴的閃爍情況，并在經(jīng)過三輪不同步閃爍后，調(diào)整各自的閃爍周期以實(shí)現(xiàn)同步。

這種針對(duì)多機(jī)器人、分布式情況的“螢火蟲同步算法”也有一個(gè)專業(yè)名詞，叫做 Mirollo－Strogatz 模型。

2、跨空間的自組織。有科學(xué)研究認(rèn)為，一條魚在魚群中，距離的控制受到附近鄰居的虛擬力影響，距離太近的鄰居會(huì)排斥，距離太遠(yuǎn)的鄰居會(huì)吸引，盡管虛擬力的確切形式仍未知。