蜂群機器人學研究創建直接、自主的機器人社區,這些機器人可以像自然界的蜂群一樣一起工作和協調。它們可以自我組織并自主運作。
要設計這樣的機器人集合是很困難的。在設計中,成本核算方面是非常重要的??茖W家和研究人員正在努力創造低成本的、直接的機器人,由于蜂群行為和蜂群智能,它們可以執行復雜的任務。
需要復雜的算法來實現理想的蜂群行為,而且必須考慮到可擴展性、靈活性和穩健性。蜂群機器人研究開始于20世紀末,開發工作開始于21世紀初。自從模擬器在過去幾年讓位于實際項目以來,這個領域已經發生了重大變化,在每個領域仍有許多研究和開發工作要做。
蜂群機器人技術在農業、醫學、天文學危險區和工業環境中有許多用途。本文將探討蜂群機器人的一些可能的未來應用。
(1)醫學中的納米機器人
蜂群機器人技術最令人興奮的用途之一是在納米技術方面。它們最重要的用途是在醫學上,以及其他許多方面。研究人員正在努力創造能夠根除眾多疾病的納米機器人技術??茖W的主要目標之一是使用這些納米機器人來殺死癌癥。納米機器人應該能夠探索人體并搜索病態細胞。殺傷力可以通過直接鉆入細胞或通過施用機器人的藥物來完成。馬克斯-普朗克研究所已經創造了納米機器人,打算用它們來治療癌癥。
此外,在2018年,他們創造了可以在眼睛里移動的納米機器人。這種納米推進器以前只能在液體或模型中移動,而不是實際的組織。然而,這些最近創造的納米機器人可以在真實的組織中移動,并將必要的藥物輸送到人體中需要的精確位置。
這些概念和創造代表了革命性的醫學發現。然而,到目前為止還沒有任何人體試驗。其他許多疾病,如HIV,目前還沒有治愈或有效的治療方法,都可以用納米技術來治療。某一種藥物不能治愈艾滋病毒。給病人服用的藥物可以延長他們的生命,但不能根除病毒。使用納米機器人可以消除HIV顆粒。納米機器人可以被制造出來,具有定位和摧毀HIV顆粒的能力,這些顆粒大約比紅細胞小60倍。但是有很多事情需要考慮。這種納米機器人可能非常昂貴,而且難以設計。為了只針對病態細胞而不是健康細胞,并防止對人體造成任何傷害,它們還必須是精確和準確的。
(2)軍事
蜂群機器人技術已經被美國軍隊廣泛使用。其中有一些工作和舉措。然而,這些機器主要被用于人類不可能完成的任務,或者是極具挑戰性的任務。例如,移動重物,擺脫化學品,或在人可能無法做到的地方尋找。使用機器人群作為武裝力量可能是下一步的目標。這需要蜂群機器人軍隊取代人類軍隊的位置。這樣的機器人開發已經開始了。DARPA已經在開發機器人群,其武裝可以取代人類士兵。
海軍和陸軍都可以利用這種蜂群。例如,機器人可以被用來收集水下的數據。這些機器人應該是自主的,并且能夠與其他群組成員溝通,使它們能夠利用群組的集體智慧和行為來執行任務。任務的例子包括觀察事物,尋找特定的東西,或者僅僅是將水下世界可視化。在水生環境中發現一種可靠的機器人對機器人的通信方法將是這項研究的一個關鍵組成部分。成本因素將是另一個問題??蓴U展性、靈活性和穩健性只是建立這種復雜系統所需的幾個特點。
(3)取代人力
勞動力可以被蜂群機器人技術所取代。這意味著機器人群可用于商店、酒店或工業等場所,以取代雇用人員。機器人已經被用于工業蜂群機器人項目,用于包裝雜貨和運輸或分類貨物。然而,這些機器人必須擁有人工智能(AI),才能用自動化取代人類。在機器人的幫助下,許多其他工作可以被消除或減少人類的協助程度。機器人可以完成簡單的任務,也可以完成復雜的任務,這就降低了勞動成本。例如,機器人群可以被用來清潔工廠或商店,協助客戶將重物搬到車上,幫助準備食物或飲料,或將食物送到餐館的桌子上。成本效益高、設計合理的機器人群可以完成這些簡單的任務。
(4)用于多種用途的蛇形機器人
機器人群可以成為監視系統的一個有效組成部分。蛇群機器人可以監視那些未知的、不安全的或人類無法進入的地點。對于這樣的任務,單個機器人并不是一個有效的選擇。例如,由于各種原因,該區域太大,單個機器人無法提供服務。此外,靜止的機器人也不是最好的選擇;為了獲得良好的環境視野,機器人必須是移動的。對于這項任務,機器人蛇群可以是一個非常好的選擇。蛇形機器人可以被用于制造、工業和其他領域的各種任務。對它們來說,最關鍵的任務之一是監視。蛇形機器人是自主機器,可以進入人們無法進入的區域,如倒塌的建筑物或放射性環境,以尋找幸存者。它們非常靈活,可以穿過狹小的空間,甚至可以游泳,這要歸功于它們纖細的身體和眾多關節。這些機器人可以在救援任務中使用,以增加成功的可能性。它們可以被用作傳統開放式手術的間諜攝像機,水下監視,爬山或爬高樓,以及許多其他用途。
(5)太空中的機器人
對我們太陽系的研究可以追溯到幾百到幾千年前。盡管人類已經訪問了月球,但仍有許多關于月球和我們太陽系其他部分的知識,其中包括無數其他行星、小行星和恒星。多年來,探索火星一直是一項任務。很長時間以來,美國宇航局一直想派人去探索這個星球,但沒有任何項目規定何時會發生。國際空間站前指揮官克里斯-哈德菲爾德聲稱,美國宇航局幾十年前就可以把人送到火星,就像它對月球所做的那樣。然而,它從未發生,因為在火星上死亡的可能性很大。這可能促使我們設計只有機器人探索太空或其他星球的項目。在載人月球任務中,機器人已經執行了大部分空間探索任務。我們可以不派宇航員,讓成群的機器人完成任務。這將是一項成本較低,但對人的生命來說也不太危險的任務。無數宇航員在太空中喪生,并在訓練、發射和重返大氣層的過程中受傷。阿波羅1號災難,也被稱為美國宇航局的第一場災難,發生在1967年,由于駕駛艙起火,導致全體船員死亡。
蜂群機器人的研究和開發可以為太空任務帶來革命性的發現。成百上千個廉價制造的機器人群可以用來探索行星。這些機器人應該被建造成能夠一起工作,探測這些星球上的各種環境氣體,尋找水和食物來源,拍照和錄像,收集樣本,并將這些信息傳回地球。
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