蜜蜂和魚700公里隔空“對話”　機器人協助實現跨物種交流

新智元報導

來源：Science Robotics

編輯：大明、小芹、金磊

【新智元導讀】近日，Science Robotics發表一篇由瑞士研究員發明的一款對話機器人，它能夠使魚和蜜蜂這兩種幾乎不可能“見面”的物種進行交流。研究結果表明，在多個物種的生物混合體中生成並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，瑞士研究員發明了一種對話機器人，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”(機器人)，兩個機器人分別收集來自魚群和蜂群的信號，而後將接收到的信號轉換成對方物種能夠“聽得懂的話”。

研究結果表明，在多個物種的生物混合體中生成並控制行為模式是可行的。

這項研究發表在了最新一期Science Robotics雜誌上：

論文地址：

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

不同機器人系統和動物物種之間的這種種間聯繫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於增強自主決策。

未來或許能夠產生重新改造“生態系統”的新應用。

相隔700公里，魚和蜜蜂的“同聲傳譯”

過去，研究人員曾經分析了多種類型的群居動物的自組織的集體行為。這種集體智慧源於個體之間的協同作用，這種協同作用會隨著時間和空間上的不同而變化，沒有全局性的統一規則。

最近，研究人員開發出的機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。這種混合生物系統的誕生，讓人工系統和動物之間的實現合作關係成為可能，最終可能在混合組織中產生新的能力。

研究人員設計了能夠融入動物群體並影響它們行為的機器人。他們已經在蟑螂、小雞和魚群中測試了他們的機器人——其中一個“間諜”機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遊動。

在這項研究中，工程師們進行了魚類實驗，並更進一步：

將機器人和魚群與奧地利格拉茨實驗室的一群蜜蜂連接起來；

蜜蜂生活在一個操作台上，每側都有機器人終端，它們會自然地聚集在一起。

每組動物中的機器人都發出特定於該物種的信號。

魚群中的機器人發出兩種信號，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、振動和尾巴運動。

蜂群中的機器人主要以振動、溫度變化和空氣運動的形式發出信號。

兩組動物都對這些信號有反應；魚開始沿著信號指定的方向遊動，蜜蜂開始朝著其中一個終端聚集。兩組中的機器人記錄下每組的動態，並交換這些信息，然後將接收到的信息轉換成對應物種的信號。

“這些機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，兩組動物逐漸達成了一致的決定。”BioRob教授Francesco Mondada說。

在實驗過程中，這兩種動物可以彼此“對話”，儘管它們相距約700公里。“對話”一開始很混亂，但最終實現了一定程度的協調。25分鐘後，兩組動物同步了——所有的魚都以逆時針方向遊動，所有的蜜蜂都往其中一個終端機器人周圍聚集。

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

這項研究的發現可以幫助機器人工程師開發出一種有效的方法，讓機器捕捉並翻譯生物信號。

對於生物學家來說，這項研究可以讓他們更好地理解動物行為以及生態系統中的個體是如何相互作用的。

研究和實驗設置

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（魚和蜜蜂機器人）組成的種間實驗的自動化設置，由金屬框架和相機（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，呈現一種二選一的場景：“生物混合系統”可以按順時針或逆時針方向移動（圖中G和I）。在tank（C1）下方，一個輪式機器人正在移動，它也通過磁耦合移動誘餌。

而蜜蜂則被放置塗有矽油層的有機玻璃場景（B2）中，帶有兩個機器人，形成了二元選擇。每個固定機器人的“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，以調節場內的局部溫度。這兩個場景與通過接口（D1和D2）與計算機（E1和E2）連接，機器人的活動通過這些計算機上的程序進行閉環控制。由此實現了斑馬魚場景（瑞士洛桑）和蜜蜂場景（位於奧地利）之間的互動和聯繫。

上圖所示為測試蜜蜂和斑馬魚實驗裝置之間互聯性的四個條件。（A）對照條件，機器人在閉環中與動物互動，但在場景設置間不交換信息。（B）條件BF，魚-機器人的行為根據蜜蜂-機器人感知到的內容進行調製，蜜蜂-機器人混合體在獨立的決策動態中與蜜蜂在閉環中互動。（C）條件BF，蜜蜂-機器人混合體的行為根據魚-機器人混合體所感知的信息調製，魚-機器人混合體在獨立動態決策環境中與魚在閉環中實現互動。（D）條件BF，蜜蜂-機器人的行為根據魚-機器人的感知進行調製，魚-機器人的行為根據蜜蜂-機器人的感知來調製。D設置建立起了兩個生物混合系統之間的長距離閉環互動，可以實現分享集體決策，以產生全局性的共識。

此外，這項研究還可以用來開發利用動物特殊的感官能力來監測自然棲息地的方法。例如，機器可以引導鳥類避開機場或類似的危險地方，或者引導傳粉昆蟲朝向有機作物，遠離使用殺蟲劑的作物。