Такие животные, как летучие мыши, киты и насекомые, давно используют звук для общения и ориентации в пространстве. Вдохновившись природой, международная группа учёных разработала модель микророботов, способных использовать звуковые волны для самоорганизации в умные, согласованные группы — настоящие рои с коллективным поведением.
Подобные рои в будущем смогут решать сложные задачи: исследовать зоны бедствий, очищать загрязнённые территории или выполнять медицинские процедуры внутри человеческого тела. Об этом рассказывает руководитель проекта Игорь Аронсон, профессор биомедицинской инженерии, химии и математики из Университета штата Пенсильвания.
«Представьте себе рой пчёл или мошкару, — говорит Аронсон. — Их движение создаёт звук, а звук, в свою очередь, помогает им оставаться вместе. Множество отдельных особей ведут себя как единое целое».
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review X. Учёные разработали компьютерную модель, в которой крошечные роботы, оснащённые миниатюрными динамиками и микрофонами, используют звуковые сигналы для взаимодействия. Эти виртуальные роботы способны самоорганизовываться, перемещаться в ограниченных пространствах и даже восстанавливать структуру роя после его нарушения — как живые организмы.
Такое коллективное, или эмерджентное, поведение открывает путь к созданию умных систем для уборки загрязнений, мониторинга окружающей среды или доставки лекарств в нужные участки тела. Благодаря способности к самовосстановлению и коллективному восприятию, такие рои могут обнаруживать изменения в среде, реагировать на угрозы и продолжать работать даже при частичных повреждениях.
«Это важный шаг к созданию более умных, устойчивых и полезных микророботов с минимальной сложностью, — подчёркивает Аронсон. — Они могут помочь решить одни из самых сложных задач человечества. Наши результаты — ключ к разработке следующего поколения микророботов, способных действовать в сложных условиях и адаптироваться к внешним сигналам».
В модели каждый робот — это простой агент: он может двигаться, излучать и воспринимать звук, а также синхронизовать свою внутреннюю частоту с общей акустической волной роя. Несмотря на простоту — всего несколько компонентов: мотор, микрофон, динамик и осциллятор — такие роботы демонстрируют сложное поведение. Они автоматически направляются к источнику самого сильного сигнала, формируя упорядоченные структуры, подобно косяку рыб или стае птиц.
Хотя пока роботы существуют только в виде вычислительных моделей, учёные уверены, что аналогичное поведение проявится и в реальных устройствах при таком же дизайне.
Видео>>
«Мы не ожидали, что такие простые схемы покажут столь высокий уровень согласованности и интеллекта, — признаётся Аронсон. — Но именно в этом и заключается красота: из минимального набора правил и простой акустической связи возникает сложный коллективный разум».
Это исследование — важная веха в области так называемой активной материи, изучающей коллективное поведение самодвижущихся систем — от бактерий и клеток до искусственных микророботов. Впервые показано, что звук, а не химические сигналы, может выступать в роли управляющего механизма на микроуровне.
«Звуковые волны гораздо эффективнее химической сигнализации, — объясняет Аронсон. — Они распространяются быстрее, дальше и почти без потерь энергии. Конструкция проще, а связь — надёжнее. Роботы "слышат" друг друга и автоматически организуются в умные группы. Коллективный интеллект возникает буквально из ничего — из простых правил и звука».
Источник: https://techxplore.com/news/2025-08-tiny-robots-intelligent-groups.html
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/