2.5　群机器人技术

机器人群是许多机器人的集合，这些机器人通常是一样的，它们必须合作来执行超出单个人或单个机器人身体能力的任务。

机器人足球是群机器人技术的一个经典例子。机器人世界杯比赛（www.robocup.org/）自1997年以来一直作为一项国际赛事举办，它为不同结构和能力的机器人举办了一系列联赛，从小型乐高机器人、轮式移动机器人和更大型的机器人，再到仿人机器人，它们不仅仅是在推球，而是在踢球！这一系列赛事在推广和宣传机器人方面非常成功，激励了许多小学生和其他业余爱好者制作他们自己的机器人。

早些年，机器人很难找到球，并且也不容易摔倒，但是所取得的进步令人印象深刻——尽管到2050年举行一场机器人和人类比赛的既定目标是一个有趣且开放的问题！现在有很多这样的比赛涉及机器人的设计和建造，他们给这个领域做了很好的宣传。

其他形式的群体还包括类似昆虫的微型机器人、能进行编队飞行的飞行器以及基于海上和水下的群体。随着群体中个体数量的增加，对每个个体的处理能力的要求也随之降低。蚂蚁和白蚁可以建造大型结构并执行多种功能，但它们的个体神经系统显然是非常有限的。

极端机器人群的一个有趣的例子是由哈佛大学开发的Kilobot（千个机器人）群（见图2.2）。Kilobot是一种微小的圆形机器人，直径只有33毫米，它们通过振动细长的金属丝腿慢吞吞地移动。但它们有板载处理器、内存和电池，可以通过红外线与附近的Kilobot通信，也可以感知它们之间的距离。它们还能感知周围的光线水平，并有自己的可控彩色光输出。这项研究的目的是探索大量相当简单的个体如何协同工作来完成一项任务。

图2.2　左图：900个Kilobot机器人群。右图：200个Kilobot参与觅食实验的垂直视图。图片由谢菲尔德机器人公司，谢菲尔德大学，2018年（左）和Andreagiovanni Reina，谢菲尔德机器人公司，2019年（右）提供

使用开源软件和现代开发工具，可以同时为大量Kilobot编程[15]。例如，Kilobot可以自行组装成某种形状。所需的形状，本质上是一个轮廓，涉及所有的机器人，它们沿着周围机器人的边缘进行跟踪，并自我定位形成形状。每个Kilobot中的相同程序都包含一些简单的过程，比如边缘跟踪。这种从局部到全局行为的其他例子包括寻找食物来源并返回指定的巢穴，以及以蛇形方式跟随领队。

自动化机器人仓库是一个很好的实际机器人群应用的例子。自动化仓库有很多种：有些使用传统的机器人手臂来装载托盘，有些有高速龙门架来访问巨大的存储空间阵列，还有一些使用小型卡车，通过各种高科技手段来在仓库里行驶。后一种方法通常使用成群的移动机器人从分散的存储位置提取和收集产品，以组成一个特定的订单。或许最典型的例子就是亚马逊机器人仓库，在那里，小型模块化机器人能够在木箱下移动，将其从地板上顶起，并放到指定位置。看到几十个机器人在主“干道”上来回奔跑，进入小巷，举起或放下沉重的货物，这是一件很有趣的事情。它们在仓库里飞快移动，当然，它们之间从来不会相互碰撞，也不会与人发生碰撞。

这些机器人由Kiva Systems公司生产，是该公司联合创始人之一Raffaello D'Andrea的创意[16]。Kiva System公司成立于2003年，目前约有8万个机器人在使用。亚马逊发现这些小机器人非常有价值，于是在2012年买下了这家公司。起初，亚马逊似乎要进入机器人供应商市场，但这并没有发生。Kiva已经并入亚马逊并重新命名为亚马逊机器人（Amazon Robotics）。有些网站上有关于如何使用这些机器人的有趣细节[17]。