基于生物仿生无人机群的群体相变与威胁响应
机器人学
2025-12-25 v1 系统与控制
系统与控制
适应与自组织系统
摘要
受动物群体启发的集体运动为自主航空群提供了强大的设计原理。我们提出一种生物仿生的3D群体算法，每个无人机仅与最小集合的关键邻居互动，仅依赖局部对齐和吸引线索。通过系统调节这两种互动增益，我们绘制了相图，揭示了从群集到鹤层之间的尖锐相变，以及一个临界区域，其中易变性、极化波动和组织再构的能力达到峰值。户外实验使用十架无人机，结合采用校准飞行动力学模型的仿真，表明在该相变附近运行可提高对外部扰动的响应能力。当遭遇入侵者时，群体进行快速的集体转向、瞬时扩张，并在数秒内可靠恢复高对齐。这些结果表明，最小的局部互动规则就足以产生多种集体相变，简单调节增益为无人机群体在稳定性、灵活性和韧性之间提供了高效的调节机制。
引用
@article{arxiv.2512.21196,
title = {Flocking phase transition and threat responses in bio-inspired autonomous drone swarms},
author = {Matthieu Verdoucq and Dari Trendafilov and Clément Sire and Ramón Escobedo and Guy Theraulaz and Gautier Hattenberger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.21196},
year = {2025}
}