桥梁自组装对具有间隙的单车道和周期系统中群体机器人集体流行为的影响
摘要：蚂蚁形成的活体桥梁的启发下，我们开发了一种群体机器人，可以自组装桥梁以跨越障碍物，并自行拆解。桥梁的自拆解可以通过增加移动机器人数量来提高群体机器人的运输效率，但也可能导致障碍物重新出现而降低效率。我们的目标是阐明桥梁的自拆解对单车道周期系统中带有间隙的群体机器人流动特性的影响。在该系统中，机器人通过自组装单层桥梁来跨越和穿越间隙。我们考虑两种情况，一种是禁止自拆解桥梁的情况，另一种是允许自拆解桥梁的情况。我们用典型的车辆跟随模型来表示机器人的水平移动，并简单地模拟机器人进行自组装和自拆解桥梁的行为。数值模拟揭示了以下结果。在两种场景下，流量-密度图随着间隙长度的增加而向高密度区域移动。当密度较低时，允许自拆解桥梁的情况下呈现重复自组装和自拆解桥梁的稳定态。如果密度非常低，这种状态下的流量大于禁止自拆解桥梁的情况，因为水平移动的机器人数量增加。否则，这种状态下的流量小于禁止自拆解桥梁的情况。此外，这种状态下的流量随着机器人加入和离开桥梁的速度单调增加。因此，自拆解桥梁仅在极低密度条件下的周期性系统中推荐使用。本研究对于自驱动粒子自组装结构的集体动力学的发展有所贡献，并将这一动力学与其他自组装结构（如坡道、链条和塔楼）混合在一起。
作者：Kotaro Ito, Ryosuke Nishi
论文ID：2302.10067
分类：Physics and Society
分类简称：physics.soc-ph
提交时间：2023-08-16