陆兴远 袁卫锋

群体运动是自然界中一种常见的生物行为.在过去的几十年中,研究人员已经对鸟群、兽群、鱼群和细菌菌落等不同的社会有机体的群体现象进行了广泛的研究[1−5].众多研究表明,某些规律对生物的群体行为起到关键作用.其中,“靠近被排斥,远离被吸引”的规则对群体的分散、聚合和避免个体间碰撞以及躲避天敌攻击有重要作用[6−8];流体力学和动力学原理也影响着群体的运动状态.例如,Dai 等研究发现,鱼类群体在运动中通过队形来塑造能减小阻力的流场,使得个体耗能最小[9].

生物的群体运动是一种个体间协同相互作用的结果,群体中个体的信息传递对群体运动状态起到重要作用[10].Gueron 和Couzin 等研究发现,群体信息在群体间是通过逐层传递的,个体的行为决策会受到相邻个体的影响[11−12].群体中个体间交互协同的思想为智能机器人集群的自动控制提供了理论基础.例如,Li 等受到生物系统的启发,发明了群体颗粒机器人.虽然每个个体的运动是单一随机的运动,但通过整个群体的协同,机器人群体可以朝着指定的激励源方向移动[13],雷斌受生物群体行为启发.应用仿生方法研究群体机器人的编队控制,目标搜索,实现群体机器人间的协同控制[14].

在之前的研究中,研究人员大多在二维的假设条件下对群体运动进行研究,鲜有在三维的条件下研究群体运动,这与真实的群体状态不符,并且之前的研究者提出的模型……