2019年3月20日，Nature封 面 发布了一项重大工程学突破——仿生物细胞群体机器人问世。这个“粒子机器人”具有超强的鲁棒性和更高的可扩展性，实现了光向导运动和躲避障碍物，论文第一作者为目前正在哈佛大学从事博士后研究的李曙光（Particle robotics based on statistical mechanics of loosely coupled components, Nature, 2019, 567：361-365）。

在生物系统中，大规模的行为可以通过随机移动的小规模组件的集体耦合和协调来实现。例如，在伤口愈合和癌症扩散的过程中，活细胞聚集并集体迁移，研究人员正是受到这些生物机制的启发，研发了一个集体机器人系统，其中确定性运动是许多松耦合的圆盘形部件随机运动的结果。结果表明，随机性为开发具有鲁棒确定性行为的大规模集体机器人系统提供了一种有希望的方法。

在研究中，圆盘形部件不能彼此独立运动，也不能单独操作。此外，每个部件只能通过沿其半径振荡、伸展和收缩来移动，作者将这种极简主义的方法称为“粒子机器人”。在没有外部刺激的情况下，系统只能随机移动。然而，当组件被编程来调整它们的直径以响应不同的环境信号时，就会集体向信号源移动。

研究人员进行的粒子机器人实验系统最多有24个组件，并进行了10万个组件的仿真。在振荡过程中，每个元件的直径从15.5cm～23.5cm不等。作者表明，该系统可以实现鲁棒运动和物体移动，以及光定向运动和避障。值得注意的是，他们发现，即使20%的组件发生故障，也可以保持运动，这突出了粒子机器人方法对单个组件故障的鲁棒性。

以前的研究主要考虑的是那些可以相互独立运动、可以单独操作，并且基于相对复杂的确定性设计2-5的组件。以前报道的大多数集体机器人系统在允许的配置方面具有有限的灵活性，而那些非晶态系统通常包含的组件具有有限的可伸缩性。此外，其中许多系统需要某种程度的集中控制，这进一步限制了它们的功能和可伸缩性。

在这方面，粒子机器人方法提供了一个有希望的替代方法。除了受到生物系统的启发，该技术还受到统计物理现象的推动，在这种现象中，可以对大量随机成分的全球统计行为进行建模和控制，而不需要跟踪每个成分。因此，与其他方法相比，该方法具有明显的优势，特别是当扩展组件数量和缩小每个组件的大小时，这种扩展将是集体机器人系统在勘探，建筑和医学中的许多未来潜在应用所必需的。德国马克斯·普朗克智能系统研究所科学家评价认为：“这种全新机器人具有传统机器人系统所没有的可扩展控制和鲁棒性——这是一种抗干扰能力参数，也是在异常和危险情况下系统生存的关键。”将来，若是该粒子机器人系统的大小能够达到微米级别，那么将在医疗等众多领域带来深远的影响和重大的突破。例如可以使用粒子机器人方法将药物输送到人体内难以到达的区域。