AcoustoBots: A swarm of robots for acoustophoretic multimodal interactions
本文介绍了 AcoustoBots，这是一种配备了可重构相控阵和珠子分发系统的移动机器人集群，旨在克服静态声泳单元的局限性，并实现在扩展的交互区域内进行具有可扩展性、灵活性的多模态交互，例如悬浮、触觉感知和定向声音。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象一下，你拥有一根神奇的魔杖，仅凭声音就能在半空中推动、拉动并固定微小的物体。这被称为声镊技术（acoustophoresis）。多年来，科学家一直利用这项技术让物体悬浮、凭空创造出3D图像，甚至在没有任何东西实际接触你皮肤的情况下，给你一种“触碰”感。
但直到现在，这根魔杖一直被困在一个固定的位置。这就像拥有一把功能强大的手电筒，却无法移动；它只能照射在一个很小的区域。如果你想触摸别的东西，你必须走到手电筒那里，或者手电筒必须做得巨大且昂贵，才能覆盖整个房间。
由此，“AcoustoBots”登场了。
伦敦大学学院（University College London）和 Ultraleap 的研究人员构建了一群携带这些“声音魔杖”的微型移动机器人。把它们想象成一群声学萤火虫。与其使用一个巨大的、固定的扬声器，不如使用一组小型、电池驱动的机器人，它们可以带着各自的声发射板在桌子或地板上穿梭。
以下是它们的工作原理，分为几个简单的部分：
1. 带轮子的机器人
每个 AcoustoBot 都是一个小型两轮机器人（基于名为“Mona”的设计），可以自由移动。它携带一块特殊的板，上面覆盖着 64 个微型超声波扬声器（排列成 8x8 的网格）。因为它们带有轮子，所以可以追随你的手或耳朵。如果你将手向左移动，机器人就会向左滚动，以保持“触碰”感正好位于你的指尖下方。
2. “铰链”技巧
这是机器人的超灵活颈部。声发射板并非只是平贴在机器人顶部，而是通过一个可以倾斜的铰链连接在一起。
- 水平（0°）： 机器人平躺，为你提供掌心的“触碰”感（触觉反馈）。
- 倾斜（45°）： 机器人倾斜，将一束声音直接射入你的耳朵（听觉反馈）。
- 垂直（90°）： 机器人直立，将悬浮物体捕捉在它与其他机器人之间（悬浮）。
这就像一个安装在三脚架上的摄像机，可以在拍摄地面照片、指向天花板以及瞄准你的脸之间瞬间切换，而三脚架本身还在四处走动。
3. “颗粒投放器”助手
为了让悬浮物体（悬浮）自动运作，他们制造了一个名为 BeadDispenserBot 的特殊助手机器人。想象一个带着微型漏斗、装满泡沫颗粒的机器人。当其他机器人已经在空中设置好一个“声音陷阱”时，这个助手机器人会滚动过来，将一颗颗粒精准地掉入这个隐形的陷阱中，随后那颗颗粒便神奇地悬浮了起来。它使整个过程自动化，这样你就不必手动放置悬浮物体。
它们能做什么？
论文展示了这些机器人集群与我们互动的三种主要方式：
- 触觉集群： 如果你把手放在桌子上，两个机器人可以滚动到手下。它们会在空气中创造出肉眼看不见的“凸起”或振动，让你在皮肤上感受到，尽管没有任何东西接触你。如果你移动双手，机器人会像忠诚的狗一样跟随你。
- 听觉集群： 机器人可以倾斜头部，将声音直接对准你的耳朵。这意味着你可以听到一声耳语或特定的音效，而只有你能听到，站在你旁边的人却听不到任何声音。
- 悬浮集群： 两个机器人可以面对面站立，创造出一个“声音三明治”，将一颗微小的颗粒固定在半空中。随后 BeadDispenserBot 会将颗粒直接掉入中间，使其悬浮在那里。
为什么这很重要？
此前，这些声音技术都受限于固定的装置。如果你想与房间另一端的悬浮物体进行互动，你是做不到的。这些机器人打破了这一障碍。它们是移动的、模块化的且可重构的。它们可以作为一个团队（集群）协作以覆盖大面积区域，也可以拆分出来同时执行不同的任务。
研究结果
团队测试了两台此类机器人和一个颗粒投放器。他们发现：
- 机器人可以非常精确地倾斜其声发射板（误差在约 1 度以内）。
- 颗粒投放器能以极高的精度将颗粒掉入悬浮点。
- 尽管机器人体积很小且由电池驱动，但声压（声音强度）足以产生预期的效果。
简而言之，AcoustoBots 将一个静态的、局限于房间的科学实验，变成了一个动态的、会走路、会说话且能让物体悬浮的机器人团队，它们可以将声音、触觉和悬浮物体带到你所在的任何地方。
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