Science Robotics發(fā)表一篇由瑞士研究員發(fā)明的一款對話機(jī)器人，它能夠使魚和蜜蜂這兩種幾乎不可能“見面”的物種進(jìn)行交流。研究結(jié)果表明，在多個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了大門。

沒錯！魚和蜜蜂“打個電話”就能交流！

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

簡單來說，就是在相隔700公里的魚群和蜂群中，分別放置一個“電話”(機(jī)器人)，兩個機(jī)器人分別收集來自魚群和蜂群的信號，而后將接收到的信號轉(zhuǎn)換成對方物種能夠“聽得懂的話”。

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

這項研究發(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了大門，其中動物及其大腦無與倫比的感知能力可用于增強(qiáng)自主決策。

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

相隔700公里，魚和蜜蜂的“同聲傳譯”

過去，研究人員曾經(jīng)分析了多種類型的群居動物的自組織的集體行為。這種集體智慧源于個體之間的協(xié)同作用，這種協(xié)同作用會隨著時間和空間上的不同而變化，沒有全局性的統(tǒng)一規(guī)則。

最近，研究人員開發(fā)出的機(jī)器人可以與動物群體合作，更好地了解群居動物的集體決策過程。這種混合生物系統(tǒng)的誕生，讓人工系統(tǒng)和動物之間的實(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)計了能夠融入動物群體并影響它們行為的機(jī)器人。他們已經(jīng)在蟑螂、小雞和魚群中測試了他們的機(jī)器人——其中一個“間諜”機(jī)器人能夠潛入圓形水族館的魚群中，讓它們朝著給定的方向游動。

在這項研究中，工程師們進(jìn)行了魚類實(shí)驗(yàn)，并更進(jìn)一步：

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

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

每組動物中的機(jī)器人都發(fā)出特定于該物種的信號。

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

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

兩組動物都對這些信號有反應(yīng)；魚開始沿著信號指定的方向游動，蜜蜂開始朝著其中一個終端聚集。兩組中的機(jī)器人記錄下每組的動態(tài)，并交換這些信息，然后將接收到的信息轉(zhuǎn)換成對應(yīng)物種的信號。

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

在實(shí)驗(yàn)過程中，這兩種動物可以彼此“對話”，盡管它們相距約700公里。“對話”一開始很混亂，但最終實(shí)現(xiàn)了一定程度的協(xié)調(diào)。25分鐘后，兩組動物同步了——所有的魚都以逆時針方向游動，所有的蜜蜂都往其中一個終端機(jī)器人周圍聚集。

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

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

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

對于生物學(xué)家來說，這項研究可以讓他們更好地理解動物行為以及生態(tài)系統(tǒng)中的個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物物種（斑馬魚和蜜蜂）和兩種人工裝置（魚和蜜蜂機(jī)器人）組成的種間實(shí)驗(yàn)的自動化設(shè)置，由金屬框架和相機(jī)（A1和A2）組成，以高清晰度捕捉場景。斑馬魚場景（B1）包括一個裝滿水的水箱和一個圓形走廊（G）。這個空間限制了斑馬魚和誘餌，呈現(xiàn)一種二選一的場景：“生物混合系統(tǒng)”可以按順時針或逆時針方向移動（圖中G和I）。在tank（C1）下方，一個輪式機(jī)器人正在移動，它也通過磁耦合移動誘餌。

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

上圖所示為測試蜜蜂和斑馬魚實(shí)驗(yàn)裝置之間互聯(lián)性的四個條件。（A）對照條件，機(jī)器人在閉環(huán)中與動物交互，但在場景設(shè)置間不交換信息。（B）條件B→F，魚-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-機(jī)器人混合體所感知的信息調(diào)制，魚-機(jī)器人混合體在獨(dú)立動態(tài)決策環(huán)境中與魚在閉環(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-機(jī)器人的感知進(jìn)行調(diào)制，魚-機(jī)器人的行為根據(jù)蜜蜂-機(jī)器人的感知來調(diào)制。D設(shè)置建立起了兩個生物混合系統(tǒng)之間的長距離閉環(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。

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)中各方之間的依賴關(guān)系

此外，這項研究還可以用來開發(fā)利用動物特殊的感官能力來監(jiān)測自然棲息地的方法。例如，機(jī)器可以引導(dǎo)鳥類避開機(jī)場或類似的危險地方，或者引導(dǎo)傳粉昆蟲朝向有機(jī)作物，遠(yuǎn)離使用殺蟲劑的作物。