자연의 무리 심리에서 영감을 얻은 작은 로봇들의 ‘Smart swarms’

자연 생태계에서, 무리의 심리는 물고기 떼에서 벌집 그리고 개미 집단에 이르기까지 중요한 역할을 합니다. 이러한 집단적인 행동은 전체가 부분의 합을 초과하고 위협과 도전에 더 잘 대응할 수 있도록 해줍니다.


이 행동은 오스틴에 있는 텍사스 대학의 연구원들에게 영감을 주었고, 그들은 1년 이상 동안 미세 로봇의 “똑똑한 무리”를 만들기 위해 노력해 왔습니다.

연구원들은 이 작은 기계들 사이의 사회적 상호작용을 조작하여 그들이 하나의 협력된 그룹으로 활동할 수 있도록 했고, 그들이 개인으로 움직이거나 무작위로 움직일 때보다 더 나은 작업을 수행할 수 있도록 했습니다.

“이 모든 그룹, 새 떼, 물고기 떼, 그리고 다른 그룹의 각 구성원들은 이웃과 협력하여 일하기 위한 자연스러운 경향을 가지고 있으며, 함께 그들은 그들 자신보다 더 똑똑하고, 강하고, 더 효율적입니다,” 라고 워커 기계 공학부와 텍사스 재료 연구소의 부교수인 위빙 정이 말했습니다.

“우리는 이것을 일어나게 하는 메커니즘에 대해 더 많이 알고 우리가 그것을 재생산할 수 있는지 확인하고 싶었습니다.”

Zheng과 그의 팀은 작년 Advanced Materials에 발표된 논문에서 이러한 혁신을 처음으로 보여주었습니다.

그러나 그들은 Science Advances에 최근 게재된 새로운 논문에서 한 걸음 더 나아갔습니다.

새로운 논문에서, Zheng과 그의 팀은 이 무리들에게 적응적 시간 지연이라고 불리는 새로운 특성을 주었습니다.

이 개념을 사용하면 군집 내의 각 마이크로 로봇이 로컬 환경의 변화에 따라 움직임을 조정할 수 있습니다.

이렇게 함으로써, 그 무리는 그 견고성, 즉 그 무리의 완전성을 유지하면서 어떠한 환경 변화에도 신속하게 대응할 수 있는 능력을 감소시키지 않으면서 반응성의 현저한 증가를 보여주었습니다.

이 발견은 새로운 광학 피드백 시스템, 즉 제어 가능한 빛 패턴을 사용하여 이러한 마이크로 로봇을 집단적인 방식으로 지시할 수 있는 능력을 기반으로 합니다.

이 시스템은 최근 Advanced Materials에 의해 “편집자의 선택”으로 선정된 연구원들의 2023년 논문에서 처음 공개되었으며 마이크로로봇을 위한 적응형 시간 지연 개발을 용이하게 했습니다.

적응형 시간 지연 전략은 확장성과 더 큰 기계로의 통합 가능성을 제공합니다.

이 접근 방식은 자율 드론 함대의 운영 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

마찬가지로 트럭과 자동차의 운송이 응답성과 견고성을 향상시키면서 광범위한 고속도로 주행을 동시에 자율적으로 탐색할 수 있습니다.

물고기 떼들이 서로 의사소통하고 따라 할 수 있는 것과 같은 방법으로, 이 기계들도 마찬가지일 것입니다.

따라서 더 많은 데이터와 에너지가 필요한 중앙 제어 장치가 필요하지 않습니다.

“나노로봇은 개인적으로 복잡한 환경에 취약합니다; 혈류나 오염된 물과 같은 도전적인 환경에서 효과적으로 길을 찾는 데 어려움을 겪습니다,” 라고 Zhihan Chen 박사 연구원이자 새로운 논문의 공동저자인 Zhihan Chen이 말했습니다.

“이러한 집단적 움직임은 복잡한 환경을 더 잘 탐색하고 목표에 효율적으로 도달하고 장애물이나 위협을 피할 수 있도록 도와줍니다.”

실험실 환경에서 이러한 군집 심리를 입증한 다음 단계는 더 많은 장애물을 도입하는 것입니다.

이러한 실험은 정적인 액체 용액에서 수행되었습니다.

다음으로 흐르는 액체에서 행동을 반복하려고 합니다.

그리고 나서 그들은 유기체 안에서 그것을 복제하기 위해 움직일 것입니다.

일단 완전히 개발되면, 이 스마트한 무리들은 인체를 탐색하고 목표물로 의약품을 가져오기 위해 인체의 방어를 피할 수 있는 첨단 약물 전달 부대의 역할을 할 수 있습니다. 또는, 아이로봇 로봇 진공청소기처럼 작동할 수 있지만, 오염된 물의 경우, 한 지역의 모든 부분을 함께 청소할 수 있습니다.

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