受昆虫信息素通信启发的群体机器人技术应用系统

对于研发新的机器人和计算技术的研究人员而言，自然是最有价值的灵感来源之一。在过去的几十年中，技术的进步使得能够创建越来越复杂的系统来复制自然发生的过程和现象，例如动物行为和生物机制。

曼彻斯特大学的一个研究小组最近推出了一种新的技术，该技术受昆虫种群中信息素的使用启发而应用于群体机器人技术。信息素是动物和人类释放到周围环境中的化学物质，可引起其他动物的特定行为。

例如，信息素的释放可以提示交配行为，提醒其他动物存在危险情况，划定区域或发出食物信号。在发表于SAGE的“适应行为”杂志上的论文中，研究人员试图人为地复制社交昆虫(例如蚂蚁)如何使用信息素，以期实现机器人团队之间更有效的交流。

进行这项研究的研究人员之一法尔沙德·阿文(Farshad Arvin)告诉TechXplore：“我们的主要想法是基于社交动物的信息素通信系统开发一种受生物启发的通信系统。”“更具体地说，我们想模拟蚂蚁释放信息素的方式和随后的行为。我们将这种开发的系统用于群体机器人应用程序中，现在我们正在研究在实际环境中对其进行测试的可能性。”

过去的研究试图使用多种技术来创建人工信息素系统，例如，涉及使用酒精，RFID标签和光代替动物自然释放的化学物质。迄今为止开发的最有前途的系统之一是COSΦ，该系统使用光来模拟人和动物中信息素的释放。

Arvin和他的同事设计了基于COSΦ的系统，该系统还采用了描述信息素如何在空间和时间范围内扩散的模型。该模型从自然界中液体或流体的流动中汲取了灵感。

“要拥有一个真实的信息素系统模型，我们必须对真实信息素的所有参数(例如蒸发和扩散)进行建模，并考虑环境影响(例如风的影响)，” Arvin解释说。“我们提出的模型是一种可靠且现实的模型，可以模仿昆虫之间的信息素通讯。”

到目前为止，研究人员通过一系列实验评估了他们的人工信息素系统，其中一群小型移动机器人在周围移动并适应了不同的环境因素。他们的研究结果令人鼓舞，因为他们的系统实现了有效的沟通，并促进了群体成员之间的理想群体行为。

“我们开发了一个非常现实的信息素模型，并系统地研究了各个参数对单个机器人和群体性能的影响，” Arvin说。“此外，我们的论文介绍了一种健壮的开源实验设置，可用于实现通常在社交昆虫中观察到的更复杂的行为。”

这种受信息素启发的系统在机器人领域可能具有许多可能的应用。例如，将来，它可用于增强团队中各个机器人之间的通信，这些机器人正在完成偏远地区，复杂环境或不利天气条件下的探索任务。

“我们目前正在朝三个方向扩展我们的系统：(1)开发用于现实世界场景的替代通信系统，例如使用光或声音在群内传输小数据包，(2)扩展该系统的附加层信息素，例如不同的颜色和带宽，以及(3)研究进化的群体系统，随着时间的推移，个体会改善与信息素的相互作用。”

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