在自然界中，蜂群可以完成惊人的事情。鱼群可以更有效地寻找食物和洄游。成群结队的鸟类会迷惑捕食者。蜜蜂、蚂蚁和白蚁可以一起工作来喂养、保卫和建立它们的殖民地。
长期以来，机器人研究人员一直试图利用这种能力来探索环境，捕获物体并使用机器人群构建结构。
“但是我们如何有效地控制所有这些机器人的问题仍然没有得到解决，”利哈伊大学罗辛工程与应用科学学院计算机科学与工程助理教授大卫·萨尔达尼亚说。
Saldaña是SwarmsLab的负责人，也是Lehigh自主和智能机器人（AIR）实验室的成员，最近从海军研究办公室获得了为期三年的755,000美元赠款，用于设计空中蜂群并开发依赖于物理机器人间交互的控制方法。
他说，通常情况下，机器人群是通过单独控制每个机器人来操纵的。为了取得成功，蜂群必须在明确的空间和环境条件下运行（例如，风可以忽略不计或恒定风），并在该空间中反复测试。
“如果我把机器人送到一个不同的环境中，那里可能会有障碍物、移动的物体和风，那就另当别论了，”Saldaña说。“我们能做的仍然非常有限。”
Saldaña和他的团队假设，如果机器人在物理上是相连的——就像蚂蚁用它们的身体为蚁群中的其他人架起一座桥梁——它们可能更容易控制，对具有挑战性的条件也更健壮。研究人员将测试三种类型的物理连接器：刚性棒、平板和绳索。他们将使用每个机器人来执行各种任务，并测量连接的机器人在抓取和运输物体方面的有效性。
他说，该团队的方法特别新颖的是，他们正在开发新的控制算法，同时从头开始创建这些机器人。
“在我们的实验室里，我们不买机器人，我们制造机器人，”他说。“由于我们使用的机器人在其他任何地方都不存在，我们必须突破控制理论的界限。随着设计的推进，我们发现了一些非常有趣的控制问题，这些问题在文献中没有得到探讨。我们经常在硬件和软件之间来回切换，这就是这个项目如此有趣的原因。
该团队已经使用每种方法开发了原型，并将于11月在一年一度的保卫共和国无人机竞赛中对其进行测试。今年的活动将于 11 月 17 日在利哈伊的山顶校区（位于 High Bay C2）举行。它将有八支大学球队参加魁地奇式的比赛（参见：哈利波特），其中自主机器人争夺捕获漂浮的氦气球并将其运送到对手的球门： 利哈伊大学、乔治梅森大学、佛罗里达大学、贝勒大学、西弗吉尼亚大学、印第安纳大学、弗吉尼亚理工大学和德雷塞尔大学 比赛的目的是推动车辆设计的研究和创新， 多智能体控制、群体行为和通信。
包括利哈伊大学和其他七所大学在内的八支队伍将于 11 月 17 日在利哈伊山顶校区（位于高湾 C2）参加保卫共和国无人机比赛。
“Lehigh 已经参加过两次这个比赛，今年，作为东道主，我们计划至少有 30 个机器人参加，”他说。“这让我们有机会在真实的环境中对它们进行重复性工作进行评估。这次活动很酷的地方在于，每个人都试图使用不同的研究方法实现相同的目标，他们都愿意分享他们对不同问题的解决方案。我们从同事那里学到了很多东西。
最终，Saldaña和他的团队所做的工作可以应用于无人机交付等任务，通过提供有关机器人之间移动不同尺寸包裹所需的连接类型的更多信息。当任务所需的蜂群规模不明确时，它还可以帮助搜索和救援工作。“如果你不知道情况有多糟糕，你可能不知道你需要大机器人还是小机器人，所以如果你能拿很多小机器人，根据现场的情况简单地安装它们，就可以解决问题。
驾驭机器人群并成功操纵其组件来完成基本任务将非常困难。但对于Saldaña来说，这个挑战不仅是无穷无尽的乐趣，而且是吸引下一代计算机科学家对理论和实践感兴趣的好方法。
“当我与学生交谈时，我告诉他们，我们做机器人硬件，我们做数学，我们做物理，我们做控制理论、建模和严格的实验。我们不断在软件和硬件之间切换，因为这就是机器人技术所处的位置——就在中间。
本文报道的研究得到了美国海军/海军研究办公室/国防部的支持，奖项编号为N000142312535。
克里斯汀·芬尼西（Christine Fennessy）的故事
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视频：使用机器人帮助人们
新闻旨在传播有益信息，英文版原文来自https://www2.lehigh.edu/news/do-physical-connections-improve-the-control-and-performance-of-robot-swarms