別再以為建筑是冰冷的鋼筋水泥了！

未來(lái)的墻面，可能是一群會(huì)呼吸、會(huì)思考、甚至能與你共舞的機(jī)器人。

近日，機(jī)器人領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Science Robotics》發(fā)表了一項(xiàng)突破性研究，首次提出了 “建筑群體智能” 的概念。來(lái)自普林斯頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)，成功開發(fā)出一個(gè)名為【群體花園（Swarm Garden ）】的模塊化機(jī)器人立面系統(tǒng)。

它不僅能像向日葵一樣集體追蹤陽(yáng)光、智能遮陽(yáng)，還能在展覽中與舞者即興互動(dòng)，把室內(nèi)空間變成動(dòng)態(tài)的藝術(shù)舞臺(tái)。

01.

靈感來(lái)自自然，超越自然

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，大自然其實(shí)早就是個(gè)建筑大師：植物會(huì)自己調(diào)整枝葉方向，好曬到更多太陽(yáng)；蜜蜂會(huì)根據(jù)蜂巢的需要，靈活分配育兒房和儲(chǔ)蜜房；行軍蟻甚至能用身體搭成活橋，隨時(shí)根據(jù)車流和人流的變化調(diào)整位置。

所有這些，靠的不是中央指揮，而是無(wú)數(shù)個(gè)體在局部簡(jiǎn)單互動(dòng)，就能整體上干出很聰明的事。

但反觀人類造的房子，圖紙畫完就定死了，墻是墻，窗是窗，住了幾十年都不會(huì)變。住戶需求變了、天氣熱了冷了、陽(yáng)光角度偏了，它都沒(méi)反應(yīng)。

于是團(tuán)隊(duì)想：能不能讓房子也“活”起來(lái)？

不是簡(jiǎn)單安幾個(gè)自動(dòng)百葉窗，而是讓建筑像群體動(dòng)物那樣，由很多小單元互相配合、自己組織、隨時(shí)調(diào)整。既能遮陽(yáng)擋光，又能照顧每個(gè)人的偏好，甚至還能搞點(diǎn)藝術(shù)氛圍、調(diào)節(jié)心情。

他們干了一件很新的事：把“群體智能”從算法世界、從地面小機(jī)器人身上，搬到了建筑外立面上。

他們?cè)炝艘惶捉小叭后w花園”的系統(tǒng)，說(shuō)白了就是一墻能動(dòng)的機(jī)器人花。每一個(gè)機(jī)器人模塊（稱為SGbot）都像花一樣開合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靠一個(gè)很小的動(dòng)力就能完成復(fù)雜的形狀變化。

它們之間通過(guò)局部通信協(xié)調(diào)，感知光線、人的動(dòng)作、鄰居的狀態(tài)，然后集體決定：哪兒該打開透光，哪兒該閉合遮陽(yáng)，同時(shí)還能配合人互動(dòng)。

群體花園

02.

綻放的機(jī)器人：簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)，有機(jī)形態(tài)

每個(gè)SGbot的設(shè)計(jì)充滿巧思。它的核心動(dòng)作是像花朵一樣的“綻放” 。驅(qū)動(dòng)方式極其精簡(jiǎn)：僅用一根螺紋桿牽拉中心固定的圓形薄塑料片，使其屈曲形成花瓣?duì)畹慕劐F體。

這種基于屈曲的單自由度驅(qū)動(dòng)，避免了復(fù)雜折紙結(jié)構(gòu)容易卡滯的問(wèn)題，用最少的機(jī)械復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)了柔和、有機(jī)的三維形態(tài)變化。從完全展平到完全“綻放”約需10秒，背部的LED燈條還能變換顏色，為藝術(shù)表達(dá)加分。

SGbot 設(shè)計(jì)

有了這群能感知、會(huì)通信、可開合的小機(jī)器人，研究團(tuán)隊(duì)開始思考：拿它們做什么？

第一個(gè)答案很務(wù)實(shí)：遮陽(yáng)。

研究者首先將16個(gè)SGbot部署在辦公室窗戶上，測(cè)試其自適應(yīng)遮陽(yáng)能力。

1.0版本：各自為戰(zhàn)

最初，每個(gè)機(jī)器人僅根據(jù)自己背后的光傳感器獨(dú)立調(diào)整綻放程度。結(jié)果不錯(cuò)，其開合與光照強(qiáng)度高度相關(guān)（相關(guān)系數(shù)達(dá)0.98）。但這就像一群沒(méi)有溝通的行人，無(wú)法應(yīng)對(duì)個(gè)體故障，也無(wú)法考慮屋內(nèi)人的整體光照偏好。

2.0升級(jí)版：群體決策

隨后，團(tuán)隊(duì)祭出了基于意見動(dòng)力學(xué)的群體智能算法（SG_od模型）。這個(gè)算法讓每個(gè)機(jī)器人做決定時(shí)，需要參考三個(gè)意見：

• 自己的感知：背后感受到的陽(yáng)光。
• 鄰居的意見：周圍機(jī)器人的感知。
• 整體目標(biāo)：房間中央傳感器測(cè)得的實(shí)際照度，并與用戶設(shè)定的理想值（如750勒克斯）比較。

權(quán)重會(huì)根據(jù)故障和光照條件動(dòng)態(tài)調(diào)整。哪個(gè)傳感器出問(wèn)題，模型就把那一項(xiàng)的貢獻(xiàn)壓到接近零，剩下的重新歸一化。模擬測(cè)試中，通信中斷、自身傳感器失靈、房間傳感器故障，系統(tǒng)全扛下來(lái)了，整體行為幾乎沒(méi)有走樣。

如果說(shuō)遮陽(yáng)展現(xiàn)了系統(tǒng)的智商，那么在普林斯頓大學(xué)的公開展覽上，它則秀出了驚人的情商。

36個(gè)SGbot組成的陣列，面對(duì)超過(guò)100名參觀者，運(yùn)行流暢穩(wěn)定。它展示了多種交互模式：

• 被動(dòng)觀察：自主呈現(xiàn)光與形態(tài)的波浪，吸引觀眾。
• 主動(dòng)觸碰：參觀者用手勢(shì)即可控制單個(gè)機(jī)器人的開合，進(jìn)行局部創(chuàng)作。
• 舞蹈聯(lián)動(dòng)：高潮是與專業(yè)舞者AJ的即興表演。

使用可穿戴設(shè)備進(jìn)行即興舞蹈表演

舞者佩戴一個(gè)內(nèi)置傳感器的腕帶，其手臂動(dòng)作會(huì)被映射為不同的LED光色指令，觸發(fā)機(jī)器人群體產(chǎn)生特定的顏色傳播模式。

舞者AJ描述，這創(chuàng)造了一種新的伙伴關(guān)系。她無(wú)法完全控制群體，卻能與它實(shí)時(shí)互動(dòng)、互相影響，形成一種獨(dú)有的秘密語(yǔ)言。這場(chǎng)表演讓她感到完全沉浸，并開拓了舞蹈與科技結(jié)合的新邊界。

展覽收獲的熱情反饋?zhàn)C實(shí)了它的魅力：約95.8%的觀眾評(píng)價(jià)積極，“酷”、“互動(dòng)”、“迷人”為高頻詞。

Swarm Garden 公開展覽及觀眾情緒結(jié)果

Swarm Garden 公眾展覽會(huì)上參觀者提供的反饋

03.

未來(lái)展望：建筑即伙伴

“群體花園”是一個(gè)強(qiáng)有力的概念驗(yàn)證。它預(yù)示的未來(lái)圖景是：

建筑立面將成為巨大的分布式機(jī)器人群體，能夠集體適應(yīng)環(huán)境，像皮膚一樣調(diào)節(jié)光照、溫度、通風(fēng)；響應(yīng)人類需求，理解并滿足不同居住者的舒適偏好；激發(fā)創(chuàng)意與幸福，通過(guò)動(dòng)態(tài)美學(xué)提升空間體驗(yàn)，成為藝術(shù)表達(dá)的新媒介。

研究團(tuán)隊(duì)接下來(lái)獎(jiǎng)與建筑師合作進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)地部署測(cè)試、探索更可持續(xù)的材料、開發(fā)更多樣的人機(jī)交互界面，如語(yǔ)音控制。

或許不久后，你工作的玻璃幕墻會(huì)在午后自動(dòng)為你柔化陽(yáng)光，你家的客廳墻面能隨心情變換動(dòng)態(tài)藝術(shù)圖案。

這項(xiàng)研究不僅為自適應(yīng)建筑打開了新思路，也為人與機(jī)器群體的互動(dòng)開辟了新場(chǎng)景。當(dāng)機(jī)器人離開地面和桌面，爬上我們的墻壁和天花板，一個(gè)真正與環(huán)境融為一體的智能時(shí)代，正在到來(lái)。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.ady7233