Field-Driven Out-of-Equilibrium Collective Patterns for Swarm Micro-Robotics

群机器人 群体行为 机器人学 领域(数学) 人工智能 纳米技术 计算机科学 统计物理学 物理 材料科学 机器人 数学 纯数学
作者
Koohee Han,Alexey Snezhko
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c01238
摘要

Soft robotics has been rapidly advancing, offering significant improvements over traditional rigid robotic systems through the use of compliant materials that enhance adaptability and interaction with the environment. However, current approaches face critical challenges, including the reliance on complex "top-down" fabrication techniques and the difficulty of wireless powering and control at the microscale. Swarm robotics introduces a paradigm shift, leveraging collective dynamics to achieve cooperative and adaptable behaviors among multiple robotic units. Inspired by nature, this "bottom-up" approach enables swarm robots to execute task-specific reconfigurations, enhancing flexibility and robustness. Field-driven active colloids emerge as a promising platform for swarm microrobotics, capable of self-propulsion and self-organization into dynamic collective patterns under external field excitation and manipulation. These systems mimic biologically inspired swarm behaviors, such as flocking and vortex formation, providing a versatile foundation for designing innovative swarm microrobots. This review discusses the principles of electric and magnetic field-driven collective self-organization, focusing on the particle dynamics, the emergence of collective swarm patterns, and illustrative examples of functional swarm microrobots. It concludes with future perspectives on harnessing these systems for adaptive, scalable, and multifunctional microrobotic applications.

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