仿效蜂群智慧！工程師開發出無需藍圖的機器人群建構技術

蜜蜂、螞蟻和白蟻從不需要建築藍圖。雖然牠們有女王，但這些物種根本不需要建築師或工程經理。每隻工蜂、工蟻只需對溫度變化或建材有無等簡單線索做出反應，就能完成複雜的巢穴建造。與人類製造業不同的是，這些精巧結構完全來自群體行為的集體展現，完全不需要中央規劃。

賓州大學工程團隊最新研發出一套數學規則，讓微型機器人群能模仿這種自然智慧。在電腦模擬中，這些機器人成功建造出蜂巢狀結構，而且完全不需要（也無法理解）任何預先設計圖。

「雖然這只是第一步，但這是一種全新的製造策略，最終可能帶來製造典範的轉移。」機械工程與應用力學系副教授、論文共同資深作者喬丹·雷尼解釋，「即使是3D列印也是一步步進行，這種脆弱的製程只要一個噴嘴堵塞就會毀掉整個作品。」

這種新策略可能讓製造過程更具韌性——就像蜂巢不會因為一隻蜜蜂出錯就停工——同時也更靈活，能在現場而非工廠內建造複雜結構。

「我們才剛觸及皮毛，」雷尼表示，「我們習慣工具執行既定計畫。但我們在問：沒有計畫時，秩序如何自然產生？」

人類工程從石器到太空站都依賴規劃：先想像成品，再分步驟設計建造。3D列印也遵循相同邏輯，將模型切割成數千條精確指令。

「我們的作法完全跳脫這個典範，」另一位共同資深作者馬克·伊姆教授強調，「沒有預寫指令碼，沒有中央計畫，每個機器人只對周圍環境做出反應。」

由於單一機器人無需理解全域性，即使部分機器人故障或偏離也能繼續建造。而且所有機器人同步運作，不僅速度可能更快，對個體失敗的容忍度也更高。

團隊雖受自然啟發，但並非精確模仿蜜蜂或螞蟻行為。他們專注於更深刻的自然原理：簡單行為經大量平行重複後，能累積成複雜有用的結構。

「最困難的是找出正確的行為規則，」伊姆說，「機器人對環境的反應方式有無數可能，我們必須歸納出既簡單又實用的規則。」

經過大量模擬測試，團隊發現系統中的隨機性對最終結構至關重要。「轉向角度等引數變化越大，最終結構就越多元，」伊姆解釋。適當的隨機性實際上能增強蜂巢結構的韌性。

雖然已製作原型，但實際建造機器人群仍需更多研究。團隊計畫改進模擬方式，更貼近真實世界中微型機器人的運作。「初期設想是像微型3D列印機那樣直線堆疊材料，」伊姆說，「但電化學方法可能更實用，讓機器人在周圍生長金屬結構。」

實現這個構想需要微型機器人在移動、感知和材料互動方面的突破，但團隊認為這個概念本身就是最重要的進展。「我們希望激發人們用新思維看待建造方式，」雷尼總結，「自然從不始於總體規劃，而是無數小行動的匯聚。現在我們也正在學習這種智慧。」

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