Science Robotics發(fā)表一篇由瑞士研究員發(fā)明的一款對(duì)話機(jī)器人，它能夠使魚(yú)和蜜蜂這兩種幾乎不可能“見(jiàn)面”的物種進(jìn)行交流。研究結(jié)果表明，在多個(gè)物種的生物混合體中生成并控制行為模式是可行的，為新的人工集體智慧打開(kāi)了大門(mén)。

沒(méi)錯(cuò)！魚(yú)和蜜蜂“打個(gè)電話”就能交流！

近日，瑞士研究員發(fā)明了一種對(duì)話機(jī)器人，可以讓魚(yú)和蜜蜂這兩種幾乎不會(huì)相見(jiàn)的物種無(wú)障礙的進(jìn)行交流。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在相隔700公里的魚(yú)群和蜂群中，分別放置一個(gè)“電話”(機(jī)器人)，兩個(gè)機(jī)器人分別收集來(lái)自魚(yú)群和蜂群的信號(hào)，而后將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)方物種能夠“聽(tīng)得懂的話”。

研究結(jié)果表明，在多個(gè)物種的生物混合體中生成并控制行為模式是可行的。

這項(xiàng)研究發(fā)表在了最新一期ScienceRobotics雜志上：

論文地址：

http://robotics.sciencemag.org/content/4/28/eaau7897

不同機(jī)器人系統(tǒng)和動(dòng)物物種之間的這種種間聯(lián)系可能為新的人工集體智慧打開(kāi)了大門(mén)，其中動(dòng)物及其大腦無(wú)與倫比的感知能力可用于增強(qiáng)自主決策。

未來(lái)或許能夠產(chǎn)生重新改造“生態(tài)系統(tǒng)”的新應(yīng)用。

相隔700公里，魚(yú)和蜜蜂的“同聲傳譯”

過(guò)去，研究人員曾經(jīng)分析了多種類(lèi)型的群居動(dòng)物的自組織的集體行為。這種集體智慧源于個(gè)體之間的協(xié)同作用，這種協(xié)同作用會(huì)隨著時(shí)間和空間上的不同而變化，沒(méi)有全局性的統(tǒng)一規(guī)則。

最近，研究人員開(kāi)發(fā)出的機(jī)器人可以與動(dòng)物群體合作，更好地了解群居動(dòng)物的集體決策過(guò)程。這種混合生物系統(tǒng)的誕生，讓人工系統(tǒng)和動(dòng)物之間的實(shí)現(xiàn)合作關(guān)系成為可能，最終可能在混合組織中產(chǎn)生新的能力。

研究人員設(shè)計(jì)了能夠融入動(dòng)物群體并影響它們行為的機(jī)器人。他們已經(jīng)在蟑螂、小雞和魚(yú)群中測(cè)試了他們的機(jī)器人——其中一個(gè)“間諜”機(jī)器人能夠潛入圓形水族館的魚(yú)群中，讓它們朝著給定的方向游動(dòng)。

在這項(xiàng)研究中，工程師們進(jìn)行了魚(yú)類(lèi)實(shí)驗(yàn)，并更進(jìn)一步：

將機(jī)器人和魚(yú)群與奧地利格拉茨實(shí)驗(yàn)室的一群蜜蜂連接起來(lái)；

蜜蜂生活在一個(gè)操作臺(tái)上，每側(cè)都有機(jī)器人終端，它們會(huì)自然地聚集在一起。

每組動(dòng)物中的機(jī)器人都發(fā)出特定于該物種的信號(hào)。

魚(yú)群中的機(jī)器人發(fā)出兩種信號(hào)，一種是視覺(jué)信號(hào)，如不同的形狀、顏色和條紋；另一種是行為信號(hào)，如加速度、振動(dòng)和尾巴運(yùn)動(dòng)。

蜂群中的機(jī)器人主要以振動(dòng)、溫度變化和空氣運(yùn)動(dòng)的形式發(fā)出信號(hào)。

兩組動(dòng)物都對(duì)這些信號(hào)有反應(yīng)；魚(yú)開(kāi)始沿著信號(hào)指定的方向游動(dòng)，蜜蜂開(kāi)始朝著其中一個(gè)終端聚集。兩組中的機(jī)器人記錄下每組的動(dòng)態(tài)，并交換這些信息，然后將接收到的信息轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)物種的信號(hào)。

“這些機(jī)器人的行為就好像它們是國(guó)際會(huì)議上的談判代表和口譯員。通過(guò)交流各種信息，兩組動(dòng)物逐漸達(dá)成了一致的決定?！盉ioRob教授Francesco Mondada說(shuō)。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，這兩種動(dòng)物可以彼此“對(duì)話”，盡管它們相距約700公里?！皩?duì)話”一開(kāi)始很混亂，但最終實(shí)現(xiàn)了一定程度的協(xié)調(diào)。25分鐘后，兩組動(dòng)物同步了——所有的魚(yú)都以逆時(shí)針?lè)较蛴蝿?dòng)，所有的蜜蜂都往其中一個(gè)終端機(jī)器人周?chē)奂?/p>

實(shí)驗(yàn)一開(kāi)始很混亂（上圖），但最終實(shí)現(xiàn)了一定程度的協(xié)調(diào)（下圖）

這些物種甚至開(kāi)始采用彼此的一些特征。蜜蜂變得比平時(shí)更焦躁不安，也不太像往常那樣成群結(jié)隊(duì)，而魚(yú)也開(kāi)始比往常更多地聚集在一起。

這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)可以幫助機(jī)器人工程師開(kāi)發(fā)出一種有效的方法，讓機(jī)器捕捉并翻譯生物信號(hào)。

對(duì)于生物學(xué)家來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究可以讓他們更好地理解動(dòng)物行為以及生態(tài)系統(tǒng)中的個(gè)體是如何相互作用的。

研究和實(shí)驗(yàn)設(shè)置

上圖所示為由兩種動(dòng)物物種（斑馬魚(yú)和蜜蜂）和兩種人工裝置（魚(yú)和蜜蜂機(jī)器人）組成的種間實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化設(shè)置，由金屬框架和相機(jī)（A1和A2）組成，以高清晰度捕捉場(chǎng)景。斑馬魚(yú)場(chǎng)景（B1）包括一個(gè)裝滿(mǎn)水的水箱和一個(gè)圓形走廊（G）。這個(gè)空間限制了斑馬魚(yú)和誘餌，呈現(xiàn)一種二選一的場(chǎng)景：“生物混合系統(tǒng)”可以按順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)（圖中G和I）。在tank（C1）下方，一個(gè)輪式機(jī)器人正在移動(dòng)，它也通過(guò)磁耦合移動(dòng)誘餌。

而蜜蜂則被放置涂有硅油層的有機(jī)玻璃場(chǎng)景（B2）中，帶有兩個(gè)機(jī)器人，形成了二元選擇。每個(gè)固定機(jī)器人的“頭部”包含六個(gè)IR傳感器（J）。主體安裝在場(chǎng)景地板（C2）下方，包括一個(gè)Peltier元件，以調(diào)節(jié)場(chǎng)內(nèi)的局部溫度。這兩個(gè)場(chǎng)景與通過(guò)接口（D1和D2）與計(jì)算機(jī)（E1和E2）連接，機(jī)器人的活動(dòng)通過(guò)這些計(jì)算機(jī)上的程序進(jìn)行閉環(huán)控制。由此實(shí)現(xiàn)了斑馬魚(yú)場(chǎng)景（瑞士洛桑）和蜜蜂場(chǎng)景（位于奧地利）之間的交互和聯(lián)系。

上圖所示為測(cè)試蜜蜂和斑馬魚(yú)實(shí)驗(yàn)裝置之間互聯(lián)性的四個(gè)條件。（A）對(duì)照條件，機(jī)器人在閉環(huán)中與動(dòng)物交互，但在場(chǎng)景設(shè)置間不交換信息。（B）條件B→F，魚(yú)-機(jī)器人的行為根據(jù)蜜蜂-機(jī)器人感知到的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)制，蜜蜂-機(jī)器人混合體在獨(dú)立的決策動(dòng)態(tài)中與蜜蜂在閉環(huán)中交互。（C）條件B←F，蜜蜂-機(jī)器人混合體的行為根據(jù)魚(yú)-機(jī)器人混合體所感知的信息調(diào)制，魚(yú)-機(jī)器人混合體在獨(dú)立動(dòng)態(tài)決策環(huán)境中與魚(yú)在閉環(huán)中實(shí)現(xiàn)交互。（D）條件B?F，蜜蜂-機(jī)器人的行為根據(jù)魚(yú)-機(jī)器人的感知進(jìn)行調(diào)制，魚(yú)-機(jī)器人的行為根據(jù)蜜蜂-機(jī)器人的感知來(lái)調(diào)制。D設(shè)置建立起了兩個(gè)生物混合系統(tǒng)之間的長(zhǎng)距離閉環(huán)交互，可以實(shí)現(xiàn)分享集體決策，以產(chǎn)生全局性的共識(shí)。

圖3 混合生物系統(tǒng)間的共同集體決策

圖4. 傳遞熵（TE）的測(cè)量，這是一種有向信息理論量度，可用于表示復(fù)雜系統(tǒng)中各方之間的依賴(lài)關(guān)系

此外，這項(xiàng)研究還可以用來(lái)開(kāi)發(fā)利用動(dòng)物特殊的感官能力來(lái)監(jiān)測(cè)自然棲息地的方法。例如，機(jī)器可以引導(dǎo)鳥(niǎo)類(lèi)避開(kāi)機(jī)場(chǎng)或類(lèi)似的危險(xiǎn)地方，或者引導(dǎo)傳粉昆蟲(chóng)朝向有機(jī)作物，遠(yuǎn)離使用殺蟲(chóng)劑的作物。