自组织机器人可以从变形虫中学到什么

变形虫是单细胞生物。通过自我组织，它们可​​以形成复杂的结构——并且完全通过局部相互作用来做到这一点：如果它们有很多食物，它们会通过培养基均匀分散。但是，如果食物变得稀缺，它们就会释放出一种称为环磷酸腺苷(cAMP)的信使。这种化学信号诱导变形虫聚集在一个地方并形成多细胞聚集体。结果是子实体。

“这种现象众所周知，”慕尼黑大学物理学院的ErwinFrey教授说。“然而，在此之前，没有研究小组调查过信息处理在一般层面上如何影响代理系统的聚合，当单个代理-在我们的例子中是变形虫-是自行推进的。”更多关于这些机制的知识也很有趣，Frey补充说，关于将它们转化为人工技术系统。

Frey与其他研究人员一起在NatureCommunications中描述了如何将在其环境中处理信息的主动系统用于技术或生物应用。它不是了解个体代理之间通信的所有细节，而是了解通过自组织形成的特定结构。这适用于变形虫——也适用于某些种类的机器人。该研究是与IgorAronson教授在LMU期间作为洪堡研究奖获得者合作进行的。

从生物学机制到技术应用

术语“活性物质”是指通过自组织形成更大结构的生物或技术系统。这些过程完全基于相同的自推进单元(例如变形虫或机器人)之间的本地交互。

受生物系统的启发，Frey和他的合著者提出了一种新模型，在该模型中，自行推进的代理可以相互通信。这些代理在本地级别识别化学、生物或物理信号，并使用其内部机制做出个人决策，从而导致集体自组织。这种方向产生了更大的结构，可以跨越多个长度尺度。

交流活性物质的新范式构成了研究的基础。响应信号和信息传输的局部决策导致集体控制的自组织。

Frey看到了新模型在软体机器人(即由软体材料制成的机器人)中的可能应用。例如，此类机器人适用于在人体中执行任务。它们可以通过电磁波与其他软体机器人进行通信，用于在身体特定部位给药等目的。新模型可以通过描述机器人群的集体特性来帮助纳米技术专家设计此类机器人系统。

Frey说：“粗略地了解各个代理人如何相互沟通就足够了;自组织负责其余的工作。”“这是机器人技术领域的一种范式转变，研究人员正试图做恰恰相反的事情——他们想要获得极高水平的控制。”但这并不总是成功。

“相比之下，我们的建议是利用自组织能力。”

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