物理新知：機器蟑螂的集體行為

• 日期 : 2018-05-10
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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