如果不去管，玩具機器人會漫不經心地在桌上滑行，逗樂小孩和貓咪。但當普林斯頓大學的工程師將這些小玩具與靈活的繩索配對時，這些機器人就發展出了非凡的能力。他們探索封閉的空間，輕鬆解決迷宮，甚至將鬆散的物體收集成圖案。

「我們想要讓無腦的智能體啟動複雜的行為，」化學與工程學副教授皮埃爾·托馬斯·布倫（Pierre-Thomas Brun）說。生物工程以及研究組組長。

在一篇文章10 月 29 日發表在美國國家科學院院刊，研究人員表示，用柔性聚合物連接機器人繫繩使兩英寸長的機器能夠表現出形態計算——這種現象身體特徵，而不是數字計算，可以用來解決複雜的問題。

這些發現的意義超越了機器人玩具的有趣用途。科學家正在尋找控制機器人群的方法，以實現從監視系統到太空探索等各種用途。在許多情況下，研究人員透過教導每個機器人對來自鄰居的簡單提示做出反應來組織群體，就像魚群裡游泳的魚一樣。布倫的團隊想要探索是否有可能對缺乏任何運算能力且僅響應實體輸入的機器人群組進行控制。

玩具機器人他的團隊使用的是一種名為 bristlebots 的小型機器人。它們具有微小而靈活的腿和驅動昆蟲運動的振動內部馬達。這些機器人缺乏任何類型的電腦控制，而是依靠機械摩擦來引導它們。鬃毛機器人作為玩具廣泛銷售，已在以下領域找到用途：科學實驗其中它們代表氣體顆粒和細菌。

布倫的團隊想知道是否有可能在不使用燈光或其他外部指示的情況下創造複雜的行為。他們計劃運用機械智能，讓物理系統像手抓球一樣解決問題。

關鍵是研究人員用 3D 列印機製作的柔性繩索。他們嘗試使用剛性繩索和其他具有不同靈活性的繩索。研究人員使用攝影機追蹤機器人，創建了數學模型，根據機器人的力量、繫繩的長度和靈活性等變數來預測配對機器人的行為。

在每個設定中，研究人員將一條繫繩連接到每個矩形微型機器人的前緣。使用最堅硬的繫繩，基本上就是堅硬的聚酯梁，機器人互相推擠，兩人幾乎一動也不動。但隨著研究人員提高了聚酯的柔韌性，隨著機器人的推動，繩索開始彎曲。

最終，繫繩彎曲成 U 形曲線，使機人能夠快速向前推向 U 形彎曲處，就像兩個游泳者推動麵條形浮標的兩端一樣。連接機器人的繩索透過防止機器人向隨機方向滑動來控制機器人的方向。（當機器人施加的力超過了繫繩抗彎能力的閾值時，這種控制就會減弱。）研究人員計算了允許機器人以最大速度沿著受控方向前進的角度。

在學會控製配對機器人的方向後，研究人員轉向障礙物。他們發現，當遇到牆壁時，U 形繩索會變平，導致配對的機器人之一沿著牆壁快速移動。最終，繫繩上的曲線再次出現，但指向不同的方向。這會導致兩個機器人離開牆壁。這種行為允許機器人對探索有限的空間。這也是兩人穿越迷宮能力的關鍵。

除此之外，研究人員也檢查了機器人擠過開口的能力。他們還開發了使用機器人將桌面上鬆散的物體收集成不同群組的方法。

該計畫始於 Richard B. Huang 的高級論文計畫。黃於 2023 年畢業，獲得了化學和生物工程學位，他表示，他開始與 Brun 合作，研究連接到彈性樑的單一機器人的行為。有一天，他用繩子連接了兩個機器人，「打開記錄器看看會發生什麼事」。

「我放開了它，它就在實驗裝置的牆壁周圍移動，」現在是麻省理工學院化學工程博士生的黃說。“我認為這真的很有趣。從那時起事情開始變得非常令人興奮。”

布倫表示，團隊計劃繼續研究繫繩系統。他說，他們希望探索更多的系留機器人的其他行為和安排。另一種可能性是將這項工作應用於三維移動的無人機。

除了 Brun 和 Huang 之外，作者還包括普林斯頓大學化學與生物工程研究生 Yuchen Xi；Tom Marzin，普林斯頓大學博士後研究員；特雷弗瓊斯（Trevor Jones）是布倫實驗室的前博士生，現在是卡內基美隆大學機械工程系的助理教授。該計畫的部分支持由國家科學基金會提供。