在各種不同的不斷變化、不可預(yù)測且未知的環(huán)境中，越來越需要使用機(jī)器人系統(tǒng)來完成多種復(fù)雜的任務(wù)，鑒于這些挑戰(zhàn)，人們提出了自組織群機(jī)器人和自重構(gòu)模塊化機(jī)器人。為了面對更加復(fù)雜且苛刻的環(huán)境條件以及滿足這些環(huán)境中的任務(wù)需求，機(jī)器人的認(rèn)知能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展同樣變得越來越重要。本書收集了關(guān)于仿生自組織機(jī)器人系統(tǒng)的最具代表性的研究工作。它由四個部分組成：第一部分討論處理群機(jī)器人系統(tǒng)的仿生自組織方法。第二部分介紹了自重構(gòu)模塊化機(jī)器人的幾種仿生方法。第三部分則將機(jī)器人系統(tǒng)的自主智力開發(fā)作為焦點(diǎn)。第四部分給出了自組織機(jī)器人系統(tǒng)的兩種特定應(yīng)用。本書在仿生自組織機(jī)器人系統(tǒng)方面為讀者提供了最新且全面的見解，能夠在多學(xué)科研究領(lǐng)域之間建立起橋梁，比如機(jī)器人、人工生命、認(rèn)知科學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和進(jìn)化計(jì)算等，從而啟發(fā)研究者和工程師們產(chǎn)生更多創(chuàng)造性想法來進(jìn)一步推動這一新興且令人興奮的領(lǐng)域的發(fā)展。
在各種不同的不斷變化、不可預(yù)測且未知的環(huán)境中，越來越需要使用機(jī)器人系統(tǒng)來完成多種復(fù)雜的任務(wù)，鑒于這些挑戰(zhàn)，人們提出了自組織群機(jī)器人和自重構(gòu)模塊化機(jī)器人。例如：大規(guī)模群機(jī)器人系統(tǒng)的新型集體行為在面對環(huán)境變化時能夠表現(xiàn)出高度的柔性和適應(yīng)性；自重構(gòu)模塊化機(jī)器人能夠自動改變系統(tǒng)的外形以適應(yīng)復(fù)雜的地面狀況。現(xiàn)在，為了面對更加復(fù)雜且苛刻的環(huán)境條件以及滿足這些環(huán)境中的任務(wù)需求，機(jī)器人的認(rèn)知能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展同樣變得越來越重要。與傳統(tǒng)的預(yù)編程技術(shù)相比，自組織機(jī)器人系統(tǒng)在不斷變化的、未知環(huán)境的應(yīng)用中，尤其是在穩(wěn)健性、自修復(fù)和自適應(yīng)方面更具前景。為了具備上述特性，自組織機(jī)器人系統(tǒng)必須以分布式方式控制，理想的方式是單個簡單機(jī)器人間的局部相互作用，而不是外部的全局控制。然而，分布式自組織機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仍然是機(jī)器人技術(shù)中最具挑戰(zhàn)性的問題之一。
從宏觀群居昆蟲中的群系統(tǒng)到微觀的細(xì)胞系統(tǒng)，生物系統(tǒng)能夠在多種不確定性存在時通過相對簡單的局部相互作用來產(chǎn)生穩(wěn)健且復(fù)雜的新型全局行為。將由生物系統(tǒng)那里借用而來的思想用于開發(fā)自組織機(jī)器人系統(tǒng)，已經(jīng)變得越來越普遍，而且在最近幾年里取得了相當(dāng)大的成功。例如：受到在群居昆蟲群落和鳥群中所觀察到的行為的啟發(fā)，群體智能已經(jīng)成為解決具有大量平行系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)的新型范式。生物中另一個自組織過程是多細(xì)胞生物的形態(tài)形成，用來處理自組織機(jī)器人系統(tǒng)的基于胚胎發(fā)育計(jì)算模型的形態(tài)學(xué)方法已經(jīng)表現(xiàn)出其潛在的價值，這種機(jī)器人系統(tǒng)也被稱為形態(tài)機(jī)器人。
本書收集了關(guān)于仿生自組織機(jī)器人系統(tǒng)的最具代表性的研究工作。它由四個部分組成，第一部分討論處理群機(jī)器人系統(tǒng)的仿生自組織方法，比如模仿多細(xì)胞生物中生物形態(tài)形成的形態(tài)學(xué)方法，模仿群居昆蟲（比如鳥類、蜜蜂等）行為的群體智能方法，用于機(jī)器人機(jī)體的基于激素的方法，以及用于群機(jī)器人的基于溝通機(jī)制的遺傳激勵。我們在第１章中介紹了一種在機(jī)器人發(fā)展中最新出現(xiàn)的研究領(lǐng)域——形態(tài)機(jī)器人。形態(tài)機(jī)器人學(xué)的主要內(nèi)容是應(yīng)用發(fā)展的原理來設(shè)計(jì)自組織機(jī)器人系統(tǒng)的形態(tài)和控制器，這一章中總結(jié)了形態(tài)機(jī)器人學(xué)的主要主題，討論了形態(tài)機(jī)器人學(xué)至進(jìn)化機(jī)器人學(xué)與后繼的機(jī)器人學(xué)之間的關(guān)系，展望了進(jìn)化發(fā)展的機(jī)器人學(xué)，它是進(jìn)化與發(fā)展機(jī)器人學(xué)的天然組合。
我們相信，本書在仿生自組織機(jī)器人系統(tǒng)方面將為讀者提供最新且全面的見解。希望本書能夠在多學(xué)科研究領(lǐng)域之間建立起橋梁，比如機(jī)器人、人工生命、認(rèn)知科學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和進(jìn)化計(jì)算等，從而啟發(fā)研究者和工程師們產(chǎn)生更多創(chuàng)造性的想法，來進(jìn)一步推動這一新興且令人興奮的領(lǐng)域的發(fā)展。
第一部分 自組織群機(jī)器人系統(tǒng)
形態(tài)機(jī)器人學(xué)———機(jī)器人系統(tǒng)形態(tài)和神經(jīng)的一種進(jìn)化發(fā)展的自組織方法
如何設(shè)計(jì)機(jī)器人機(jī)體和機(jī)器人群？———具身自組織系統(tǒng)中的仿生、擬生和人工進(jìn)化
喧囂和嘈雜環(huán)境中的多體集群控制算法
遺傳激勵
從蟻群到機(jī)器人和從機(jī)器人到蟻群：機(jī)器人如何促進(jìn)對動物集體行為的研究
第二部分 自重構(gòu)模塊化機(jī)器人
異構(gòu)多機(jī)器人組織的自優(yōu)化自組裝
模塊化機(jī)器人的形態(tài)自重構(gòu)
自組裝機(jī)器人中的基本問題和Tribolon平臺上分異的一種案例研究
第三部分 機(jī)器人系統(tǒng)中的自主式智力開發(fā)
類人腦的時間處理
第四部分 特殊應(yīng)用
關(guān)于多頭絨泡菌機(jī)器人
使用有機(jī)計(jì)算原理開發(fā)自組織機(jī)器人單元
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