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模塊化機器人集羣

設計能夠對接、組裝和自適應形狀的自重構機器人集羣

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什麼是模塊化機器人集羣?

模塊化機器人集羣是一組相同的、自包含的機器人單元,它們可以物理連接和斷開以形成不同的形狀。就像帶大腦的磁性樂高積木,每個模塊遵循簡單規則——但它們協同自組裝成蛇形、輪形、橋形或星形,以應對任何地形或任務。

為什麼這很重要?與其製造一個昂貴的專用機器人,不如部署許多廉價的相同模塊。如果一個損壞,集羣會繞過它重新配置。需要跨越縫隙?形成橋樑。需要下坡滾動?變成輪子。這種適應性是搜索救援、太空探索和工業自動化的未來。

📖 深入了解

類比 1

就像有大腦的樂高積木一樣,每個模組單獨起來都很簡單,但當它們連接起來時,它們就會形成蛇、輪子或橋樑,可以在任何地形上行駛。就像螞蟻將身體連接起來建造木筏或橋樑一樣,模組化機器人可以自行組裝成任務所需的任何形狀。

類比 2

想像一盒磁性拼圖,它可以感知周圍的環境,並重新排列成適合每項工作的完美工具——當你需要轉彎時是一把扳手,當你需要穿越時是一座橋,當你需要滾下山時是一個球。

🎯 模擬器提示

初學者

觀看機器人模組自動連接並形成適合任務的形狀。

中級

更改任務目標並觀察群體重新配置為新的形態。

專家

針對快速變化的環境最佳化模組通訊和重新配置速度。

📚 術語表

Modular Robot
機器人由可互換、獨立的模組組成,可以重新配置成不同的形狀。
Swarm Intelligence
集體行為源自於個別代理人所遵循的簡單規則,沒有集中控制。
Self-Reconfiguration
模組化機器人能夠透過拆卸和重新連接模組來自主改變其形狀。
Stigmergy
透過改變環境進行間接協調-機器人留下訊號來引導其他機器人。
Lattice Architecture
模組化設計,單元以規則的網格模式連接,從而實現可預測的重新配置。
Chain Architecture
模組化設計,其中單元形成串行鍊或樹,從而實現蛇形和四肢配置。
Consensus Algorithm
分散式協定使群體成員能夠在沒有中央權力的情況下就集體決策達成一致。
Emergent Behavior
由簡單的個體規則所產生的複雜的集體模式,是群體機器人的特徵。
Task Allocation
根據能力、鄰近性或專業化在群體成員之間分配任務。
Morphogenesis
受生物發展的啟發,群體機器人發展成特定形狀的過程。

🏆 關鍵人物

Mark Yim (2000)

賓州大學研究員,創建了 SMORES 和其他開創性的模組化機器人系統

Marco Dorigo (1992)

發明了蟻群優化並在布魯塞爾 ULB 領導了主要的群體機器人研究項目

Daniela Rus (2000)

麻省理工學院 CSAIL 主任,開發了自重構模組化機器人和機器人摺紙

Roderich Gross (2014)

謝菲爾德大學研究人員利用 Kilobots 和 Colias 平台推動物理群體機器人技術

Hod Lipson (2006)

哥倫比亞大學教授,開發了模組化機器人設計的演化演算法

🎓 學習資源

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