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自然界中動(dòng)物的集群行為啟發(fā)了機(jī)器人學(xué)的發(fā)展，比如模仿蟻群的多機(jī)器人路徑規(guī)劃和模仿魚(yú)群的避障與協(xié)同控制。隨著生物學(xué)的進(jìn)展和學(xué)科交叉的發(fā)展，發(fā)育生物學(xué)中的細(xì)胞集群行為機(jī)理也被用來(lái)指引機(jī)器人的發(fā)展，為機(jī)器人領(lǐng)域的仿生類(lèi)生研究帶來(lái)了新的靈感。

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所微納米課題組科研人員通過(guò)機(jī)器人集群實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了胚胎發(fā)育中的“差異粘附假說(shuō)”，為理解胚胎發(fā)育中形態(tài)發(fā)生和群體智能行為提供了新的研究手段。

粘附差異水平與機(jī)器人集群（細(xì)胞集群）分選速度存在非線(xiàn)性關(guān)系

科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套包含50個(gè)直徑10厘米的圓形機(jī)器人的集群系統(tǒng)，通過(guò)在外殼中嵌入不同強(qiáng)度的磁鐵模擬細(xì)胞間粘附力的差異。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了粘附力差異與分選速度之間的非線(xiàn)性關(guān)系：當(dāng)機(jī)器人之間的模擬粘附力差異顯著或非常小時(shí)，分選排序快速完成；而在中等粘附力差異水平下，排序過(guò)程顯著變慢。這一發(fā)現(xiàn)隨后在細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證，研究人員推測(cè)生物胚胎可能通過(guò)調(diào)控特定基因表達(dá)來(lái)控制細(xì)胞粘附力差異，從而精確控制發(fā)育過(guò)程中的時(shí)序節(jié)奏。相關(guān)研究成果發(fā)表于Cell Reports Physical Science期刊，楊永良研究員、劉連慶研究員為通訊作者，該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。

該研究將工程科學(xué)與生命科學(xué)交叉融合，以機(jī)器人集群作為研究細(xì)胞集群行為的“物理模擬平臺(tái)”，揭示了生物發(fā)育過(guò)程中物理相互作用的關(guān)鍵作用。通過(guò)開(kāi)展深度融合細(xì)胞行為的機(jī)器人集群控制方法研究，研究團(tuán)隊(duì)致力于構(gòu)建用于生命科學(xué)研究的硅基類(lèi)生命機(jī)器人集群系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人化的生命科學(xué)研究，這將有助于提高生命科學(xué)研究效率和擴(kuò)展機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature旗下Nature Outlook專(zhuān)欄于7月15日發(fā)表的文章Robots demonstrate principles of collective intelligence中，關(guān)注并介紹了上述成果。（機(jī)器人學(xué)研究室）

Nature Outlook 文章DOI：doi.org/10.1038/d41586-025-02269-4

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所