Logo
東海大學應用物理學系-最新消息-科普-物理新知:機器蟑螂的集體行為

物理新知:機器蟑螂的集體行為

  • 單位 : 物理系
  • 分類 : 科普
  • 點閱 : 408
  • 日期 : 2018-05-10
把一群長得像蟑螂,內建動力以及簡單的行為模式的機器人,關在一個可以變形、移動的圍欄裡面,會發生什麼事呢?

從簡單的交互作用模式出發,只要個體數量夠多,系統往往會「突現」(emergent)一些完全無法由原來的交互作用型態直接解釋的複雜又有趣的行為,這種現象讓物理學家深深著迷。過去物理學家要理解這個現象,經常利用電腦程式,在虛擬世界中模擬。

這一次,法國波爾多大學的物理學家製造了一批「機器蟑螂」,利用內建的電池以及震動模組來移動,速率可達~30 cm/sec。把這些機器蟑螂丟進一個半徑30cm的圍欄裡,當蟑螂密度很小時,它們的行為像氣體一樣自由運動,碰到障礙就反彈,但是當密度超過一臨界值時,有一部份的蟑螂會沿著圍欄邊緣排成一個緊密有序的群聚,另外一部份還是像氣體一樣的自由運動。這是一個動態平衡,隨時有一些「蟑螂氣體」中的個體跑進群聚態中,同時有一些群聚態中的蟑螂會跑出來變成氣體般運動。

如果圍欄是軟的而且可以移動,這群「部分群聚、部分自由」的機械蟑螂,還可以推著這個圍欄通過障礙物。

如果是在完全開放的空間中,這些蟑螂會散開而成為低密度狀態自由移動,加上了圍牆的拘束,在不改變蟑螂的運動模式與交互作用的情況下,蟑螂的行為產生戲劇性的改變,出現了複雜的集體行為。

本論文於2018年5月4日發表於美國物理學會的「Physical Review Letters」,為物理學領域之頂尖期刊。

新聞來源:https://physics.aps.org/articles/v11/45
原始論文:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.188002
影片連結:https://physics.aps.org/assets/bf13c794-8030-4387-8fde-d24c5baafbe2/video2.mp4