循环运动：多细胞机器人的旋转现象

与大多数人类工程系统不同，许多生物系统依赖于来自低层次相互作用的涌现行为，使其在应对复杂动态环境方面拥有更大的多样性和优越的适应性。本研究探索了 Loopy 多细胞机器人中涌现的去中心化旋转现象。该机器人由由异构物理连接的、具有 1 自由度的细胞组成。受生物系统如向日葵的启发，Loopy 使用简单的局部相互作用—扩散、反应和模拟化学物质的主动运输（称为 morphogen），无需中心控制或对其全局形态的了解。通过这些相互作用，该机器人自组织以实现协调旋转运动并形成 lobes——由运动细胞簇创建的局部突起。本研究探讨了这些相互作用如何驱动 Loopy 的旋转、其形态的影响以及其对执行器故障的韧性。我们的发现揭示了两种不同的行为：1) lobes 之间的内谷旋转速度快于外峰，这与刚性刚体动力学不同，2) 细胞以与整体形态相反的方向旋转。实验表明，尽管 Loopy 的形态不影响其相对于细胞的角速度，但更大的 lobes 会增加细胞旋转并降低相对于环境的形态旋转。即使在最多禁用三分之一执行器并发生显著形态变化的情况下，Loopy 仍保持其旋转能力，这凸显了去中心化、以生物为灵感的策略在具有韧性和可适应性的机器人系统中的潜力。