一群纳米机器人能给集体智慧吗?

从远处看,他们看起来像云的尘埃。然而,微型机器人的群作家迈克尔·克莱顿的畅销书是自组织的“猎物”。它与基本情报行动,学习、进化和与自己交流变得更加强大。

新模型的一个研究小组由宾夕法尼亚州立大学和灵感来自克莱顿的小说描述了生物或技术系统形成复杂结构配备的信号处理能力,使系统响应刺激和没有外部指导执行功能任务。

“基本上,这些小的纳米机器人成为自组织和自我意识,“伊戈尔·阿伦森说,哈克椅子教授生物医学工程,化学,和宾夕法尼亚州立大学数学,克莱顿解释情节的书。这部小说的灵感Aronson研究相互作用之间的集体运动的出现,自航代理。这项研究最近发表在自然通讯。

阿伦森和一个物理学家团队LMU大学,慕尼黑,已经开发出一种新的模式来描述生物或合成系统如何形成复杂的结构配备最小的信号处理能力,使系统响应刺激和没有外部指导执行功能任务。发现产生影响在微型机器人和任何领域涉及功能、自组装材料由简单的积木,阿伦森说。例如,机器人工程师可以创建成群的微型机器人能够执行复杂的任务,如污染物清除或威胁检测。

“如果我们看看大自然,我们看到许多生物依靠沟通和团队合作,因为它增强了它们的生存机会,”阿伦森说。

计算机模型构思由宾夕法尼亚州立大学的研究人员和Ludwig-Maximillian大学预测通信由小型、自航代理导致聪慧如集体行为。研究表明,通信大大扩大个体单位的能力形成复杂功能类似于生命系统。

团队建立他们的模型来模拟社会变形虫的行为,单细胞生物可以形成复杂的结构通过化学信号交流。他们研究了一个现象。当食物变得匮乏,变形虫发出一种化学信使称为环腺苷酸(营),导致变形虫聚集在一个地方,形成多细胞聚集。

“现象是众所周知的,”合著者Erwin弗雷的Ludwig-Maximilians-Universitat慕尼黑说一个版本。”现在,然而,没有一个研究小组调查信息如何处理,处于一般水平,影响系统的聚合代理个人代理——在我们的例子中,变形虫——自航。”

几十年来,科学家们一直在寻求更好的理解”活跃的物质,“生物或合成系统变换能量存储环境中,例如,营养,成机械运动,形成更大的结构通过自组织。单独来看,材料没有情报或功能,但总的来说,应对环境的物质能够与一种紧急情报,阿伦森解释道。这是一个古老的概念与未来应用程序。

亚里士多德的理论的出现大约2370年前在他的专著《形而上学。“他的语言通常被解释为“整体大于部分之和。”在not-so-distance的将来,Aronson说紧急系统可能导致cell-sized纳米机器人研究自组织体内对抗病毒或成群的自治微型机器人可以协调复杂的形成没有飞行员。

“我们通常谈论人工智能与高架某种情感的思维,”阿伦森说。“我从事的是分布式人工智能。每个元素没有任何情报,但一旦他们聚在一起,他们集体反应和决策的能力。”

目前需求巨大的分布式人工智能领域的机器人,阿伦森解释道。

“如果你设计一个机器人以最具成本效益的方式,你不想让它太复杂,”他说。“我们想让小机器人非常简单,仅仅几个晶体管,合作,当有相同的功能作为一个复杂的机器,但不昂贵,复杂的机械。这一发现将为活性物在纳米科学中的应用开辟新的途径和机器人技术。”

阿伦森解释说,从实际的角度来看,分布式人工智能可以用于任何类型的物质,显微镜下分散粒子悬浮。它可以被部署在身体抵抗疾病或提供一种药物激活微型电子电路在微型机器人。

“尽管它的重要性,沟通中活性物质的作用还没有被探测,”研究人员写道。“我们识别个人的决策机械积极代理作为集体控制的传动机构系统的自组织。”

参考:Aranson Ziepke, Maryshev我,弗雷·e·多尺度组织交流活动。Nat Commun。2022;13 (1):6727。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 34484 - 2

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