工程化感知延迟以控制光趋性与涌现的集体行为

由自主移动个体相互作用涌现的集体运动在许多现象中发挥关键作用，从细菌菌落的生长到机器人集群的协调。为使这些集体行为得以确立，个体必须能够发射、感知信号并作出反应。当处理简单生物和机器人时，这些信号必然非常基本，例如细胞可能通过释放化学物质来发出存在信号，机器人则通过发光。另一个挑战源于个体的运动常常有噪声，例如细胞的朝向可能被布朗运动改变，机器人的朝向可能被不平地形改变。因此，重点在于从以稳健方式相互通信的简单自主智能体实现复杂且可调的行为。在此，我们展示感知与对信号反应之间的延迟可以决定运动本质含噪的自主智能体的个体与集体长期行为。我们通过实验证明，一群能够发射径向衰减光场的光趋性机器人，通过控制其根据测得光强改变推进速度的延迟，其集体行为可从分离调谐至聚集与成簇。我们将此转变追踪到该系统底层动力学，特别是机器人的感知延迟时间与其随机重取向特征时间之比。在数值模拟支持下，我们讨论同一机制如何应用于控制三维空间中运动的主动智能体，例如空中无人机。