群体机器人学是一门新学科，其灵感来自生物体的合作行为，专注于机器人的制造及其在群体中的应用以完成复杂的任务。群体是多个个体的有序集体行为。宏观规模的群体机器人已经被开发并用于各种应用，例如运输和堆积货物、形成形状和建造复杂的结构。
由北海道大学理学院的 Mousumi Akter 博士和 Akira Kakugo 副教授领导的一组研究人员成功地开发了世界上第一台利用蜂群优势的微型机器人。研究结果发表在《Science Robotics》杂志上。该团队包括九州大学助理教授 Daisuke Inoue；哥伦比亚大学Henry Hess教授；名古屋大学Hiroyuki Asanuma教授；和关西大学的 Akinori Kuzuya 教授。
一群协作的机器人获得了许多单个机器人所没有的特性——它们可以划分工作量、应对风险，甚至可以创建复杂的结构来应对环境的变化。微型和纳米级的微型机器人和机器由于它们的尺寸而几乎没有实际应用；如果它们能够成群结队地合作，它们的潜在用途将大大增加。
一群分子机器人运输货物的示意图和运输蓝色球状货物的分子机器人的荧光图像，通过指定光照射的位置，可以将货物集中在指定的目的地
该团队构建了大约 500 万台单分子机器。这些机器由两种生物成分组成：与 DNA 相连的微管，使它们能够成群结队；以及驱动蛋白，它们是能够运输微管的致动器。DNA 与一种称为偶氮苯的光敏化合物结合在一起，该化合物起传感器的作用，可以控制集群。当暴露在可见光下时，偶氮苯结构的变化导致 DNA 形成双链并导致微管形成群，暴露在紫外线下逆转了这个过程。
实验中使用的货物由直径从微米到几十微米的聚苯乙烯珠组成。这些珠子用偶氮苯连接的 DNA 处理；因此，货物在暴露于可见光时被装载，而在暴露于紫外线时被卸载。然而，分子机器人和货物中使用的 DNA 和偶氮苯是不同的，因此可以独立于货物装载来控制集群。
单台机器能够装载和运输直径达 3 微米的聚苯乙烯珠粒，而成群的机器可以运输直径达 30 微米的货物。此外，运输距离和运输量的比较表明，与单机相比，集群的运输效率高达五倍。
通过证明分子机器可以设计成集群和协作以高效运输货物，这项研究为微型机器人在各个领域的应用奠定了基础。研究人员表示，“在不久的将来，我们预计会看到微型机器人群应用于药物输送、污染物收集、分子发电设备和微型检测设备。”
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2022/04/220420151403.htm
参考链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abm0677
