康奈尔大学的工程师研发出一种全新的机器人集体系统，其整体表现更像是一种能够流动、变形并适应环境的材料，而不是传统意义上由精确控制驱动的机器。这个系统被命名为 Cross-Link Collective，由数十个单个能力有限的小型机器人模块组成，但在协同作用下，它们展现出连续、协调且具有韧性的集体运动。

这项成果于 5 月 20 日发表在《Science Robotics》期刊上。研究团队展示了一种类似软物质的机器人系统：在运动过程中，集体可以不断重组和变形，其行为主要由研究人员称为“机械智能”的机制驱动。

通讯作者、康奈尔大学电气与计算机工程副教授、Aref 和 Manon Lahham 讲席教授 Kirstin Petersen 表示：“这个系统并不依赖明确的计算和通信，而是把智能‘嵌入’在机器人的形状以及它们之间的物理交互中。我们利用接触动力学，让有用的行为自然涌现，使系统自发地趋向那些能够减小内部应力、提升运动效率的构型。”

每个机器人模块长度约 200 毫米、宽约 20 毫米，内部配有一个小型电机，使其可以在“I”形和“U”形两种形态之间来回振荡。这种形态振荡会对地面施加周期性作用力，从而让模块缓慢前进并彼此发生碰撞。模块两端装有弱粘性的粘扣带，可以与相邻模块临时连接或分离。

单个模块本身移动缓慢、效率不高。但当多个模块纠缠并形成链状结构后，便会出现明显的集体运动特征：它们会自组织成不断变化的构型，在复杂环境中展现出更强的适应性和鲁棒性。

在倾斜表面上，链状机器人集体的移动比单个模块要稳定得多。单个模块往往因为朝向不同而停滞不前，而集体则能更可靠地沿斜面移动。在布满障碍物的区域中，这个集体的表现更像一种流动的物质：模块之间会连接起来以维持整体结构，又会在必要时断开连接，以避免在狭窄区域发生堵塞。

第一作者、康奈尔电气与计算机工程访问讲师 Danna Ma（M.Eng. ’17，Ph.D. ’25）指出：“即使某个模块的电池损坏，或者因其他原因失效，也不会对整体造成致命影响。系统依然可以正常运作，因为它具备适应能力和冗余性，不依赖任何单一模块。”

尽管整体设计极为简化，研究人员也展示了少量计算如何进一步提升系统性能。为了增强集体的凝聚力，孤立的模块会发出可听见的“求救”声信号，提醒附近的模块减速，从而给落后的模块留出时间重新接入集体。

Ma 解释说：“系统没有集中式的感知或控制。每个模块只需感知自己被碰撞的程度，就能判断是否已经脱离集体。一旦发现自己掉队，它就会发出嗡嗡声，让附近的模块减速，好让自己赶上来。机制就是这么简单。”

该系统中模块的最初设计由佐治亚理工学院的合作者提出。此后，Petersen 和 Ma 通过多年实验和统计分析，对模块结构进行了改进，以增强它们纠缠和大规模协作的能力。在这一过程中，研究团队发现，即便是模块尺寸和其他物理特性上的细微调整，也会显著影响模块之间的连接效率以及整体的集体运动表现。

Cross-Link Collective 的设计灵感来自 活性凝胶——这类材料中的分子连接会不断形成和断裂，但整体结构依然保持连续和完整。研究人员认为，这项工作有望为新型软物质工程提供思路，不过他们目前主要将该系统视为一种研究工具，用来探索机械智能如何在机器人集体中产生具有韧性的涌现行为。

Petersen 表示：“随着机器人越来越多地被部署到高度不确定、动态变化的现实环境中，我们开始认真思考，如何把智能直接编码到系统的物理属性中，这对我们非常关键。看似反直觉的是，当我们放弃对构型和协调的精确控制时，反而获得了出乎意料的多样且有用的行为。”