微型机器人弹性网络的集体驱动

在过去的三十年里，集体运动的物理学已经得到了很好的研究。到目前为止，科学家们一直专注于研究“流体”运动，例如鸟群或鱼群。

阿姆斯特丹大学和格列佛实验室(ESPCIParis-PSL/CNRS)的研究人员使用一种巧妙的实验装置，揭示了固体弹性结构中集体运动的可能性。他们的工作揭示了控制这种所谓的“集体驱动”的机制和参数。这项工作发表在《自然物理学》杂志上。

此次合作包括CNRS研究员OlivierDauchot团队和阿姆斯特丹CorentinCoulais团队。该团队多年来一直在研究集体运动。它最初专注于一个简单的问题：如何再现在实验室中观察到的自然界中的集体运动，例如鸟类或鱼类的集体运动?

为此，该团队设置了“活性物质”实验，即基本实体自主移动的物质：行走的谷物、游泳的水滴、迷你机器人等——一个名副其实的活动(但不是生命)系统动物园，其中他们能够复制和研究集体运动。最近，他们的研究集中在系统变得更密集时的交通拥堵现象。从流体，系统逐渐变成固体。在一个活跃的固体中集体运动是可能的吗?

了解复杂系统的简单成分

“作为活性粒子，我们选择了Hexbugs©。这些是小型机动机器人，可以在商店中找到。作为一种固体弹性材料，我们制作了一个由弹簧连接在一起的圆柱体网络。通过在构成网络的每个圆柱体中放置一个Hexbug，我们形成了一个活跃的固体，”正在从事该主题的论文研究的PaulBaconnier解释说。每个Hexbug通过尝试移动来使网络变形，同时受到其邻居努力引起的位移的影响。

值得注意的是，在某些条件下，这种拉锯战可能会出现同步的集体运动。

当活性固体简单地放在地板上时，Hexbugs会自发排列在一起，整个固体开始在实验室中移动!如果我们用它的边缘钩住固体怎么办?

在这种情况下，在固体内部观察到一种新型的集体运动：所有网络元素都围绕它们的平衡位置以周期性和同步的方式振荡。为了解释这种“集体驱动”现象，研究人员改变了实验的参数，例如弹簧的刚度或网络的形状。

他们表明，集体驱动是Hexbug的活动和网络链接的弹性相结合的结果，这使得结构变形并且每个Hexbug都可以根据这种变形来定位自己。

该团队对观察到的行为进行了建模和数字再现，包括在具有数千个活动代理的系统中。这种自发的集体驱动让人想起在某些细胞动力学中观察到的运动，特别是在某些皮肤组织中，根据这项工作可以更好地理解这一点。

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