墻面秒變藝術館！一群機器人讓你的家每天換新皮膚

別再以為建筑是冰冷的鋼筋水泥了！

未來的墻面，可能是一群會呼吸、會思考、甚至能與你共舞的機器人。

近日，機器人領域頂級期刊《Science Robotics》發表了一項突破性研究，首次提出了 “建筑群體智能” 的概念。來自普林斯頓大學等機構的研究團隊，成功開發出一個名為【群體花園（Swarm Garden ）】的模塊化機器人立面系統。

它不僅能像向日葵一樣集體追蹤陽光、智能遮陽，還能在展覽中與舞者即興互動，把室內空間變成動態的藝術舞臺。

01.

靈感來自自然，超越自然

研究團隊發現，大自然其實早就是個建筑大師：植物會自己調整枝葉方向，好曬到更多太陽；蜜蜂會根據蜂巢的需要，靈活分配育兒房和儲蜜房；行軍蟻甚至能用身體搭成活橋，隨時根據車流和人流的變化調整位置。

所有這些，靠的不是中央指揮，而是無數個體在局部簡單互動，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，住了幾十年都不會變。住戶需求變了、天氣熱了冷了、陽光角度偏了，它都沒反應。

于是團隊想：能不能讓房子也“活”起來？

不是簡單安幾個自動百葉窗，而是讓建筑像群體動物那樣，由很多小單元互相配合、自己組織、隨時調整。既能遮陽擋光，又能照顧每個人的偏好，甚至還能搞點藝術氛圍、調節心情。

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

他們造了一套叫“群體花園”的系統，說白了就是一墻能動的機器人花。每一個機器人模塊（稱為SGbot）都像花一樣開合，結構簡單，靠一個很小的動力就能完成復雜的形狀變化。

它們之間通過局部通信協調，感知光線、人的動作、鄰居的狀態，然后集體決定：哪兒該打開透光，哪兒該閉合遮陽，同時還能配合人互動。

群體花園

02.

綻放的機器人：簡單驅動，有機形態

每個SGbot的設計充滿巧思。它的核心動作是像花朵一樣的“綻放” 。驅動方式極其精簡：僅用一根螺紋桿牽拉中心固定的圓形薄塑料片，使其屈曲形成花瓣狀的截錐體。

這種基于屈曲的單自由度驅動，避免了復雜折紙結構容易卡滯的問題，用最少的機械復雜度實現了柔和、有機的三維形態變化。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，為藝術表達加分。

SGbot 設計

有了這群能感知、會通信、可開合的小機器人，研究團隊開始思考：拿它們做什么？

第一個答案很務實：遮陽。

研究者首先將16個SGbot部署在辦公室窗戶上，測試其自適應遮陽能力。

1.0版本：各自為戰

最初，每個機器人僅根據自己背后的光傳感器獨立調整綻放程度。結果不錯，其開合與光照強度高度相關（相關系數達0.98）。但這就像一群沒有溝通的行人，無法應對個體故障，也無法考慮屋內人的整體光照偏好。

2.0升級版：群體決策

隨后，團隊祭出了基于意見動力學的群體智能算法（SG_od模型）。這個算法讓每個機器人做決定時，需要參考三個意見：

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

權重會根據故障和光照條件動態調整。哪個傳感器出問題，模型就把那一項的貢獻壓到接近零，剩下的重新歸一化。模擬測試中，通信中斷、自身傳感器失靈、房間傳感器故障，系統全扛下來了，整體行為幾乎沒有走樣。

如果說遮陽展現了系統的智商，那么在普林斯頓大學的公開展覽上，它則秀出了驚人的情商。

36個SGbot組成的陣列，面對超過100名參觀者，運行流暢穩定。它展示了多種交互模式：

• 被動觀察：自主呈現光與形態的波浪，吸引觀眾。
• 主動觸碰：參觀者用手勢即可控制單個機器人的開合，進行局部創作。
• 舞蹈聯動：高潮是與專業舞者AJ的即興表演。

使用可穿戴設備進行即興舞蹈表演

舞者佩戴一個內置傳感器的腕帶，其手臂動作會被映射為不同的LED光色指令，觸發機器人群體產生特定的顏色傳播模式。

舞者AJ描述，這創造了一種新的伙伴關系。她無法完全控制群體，卻能與它實時互動、互相影響，形成一種獨有的秘密語言。這場表演讓她感到完全沉浸，并開拓了舞蹈與科技結合的新邊界。

展覽收獲的熱情反饋證實了它的魅力：約95.8%的觀眾評價積極，“酷”、“互動”、“迷人”為高頻詞。

Swarm Garden 公開展覽及觀眾情緒結果

Swarm Garden 公眾展覽會上參觀者提供的反饋

03.

未來展望：建筑即伙伴

“群體花園”是一個強有力的概念驗證。它預示的未來圖景是：

建筑立面將成為巨大的分布式機器人群體，能夠集體適應環境，像皮膚一樣調節光照、溫度、通風；響應人類需求，理解并滿足不同居住者的舒適偏好；激發創意與幸福，通過動態美學提升空間體驗，成為藝術表達的新媒介。

研究團隊接下來獎與建筑師合作進行長期實地部署測試、探索更可持續的材料、開發更多樣的人機交互界面，如語音控制。

或許不久后，你工作的玻璃幕墻會在午后自動為你柔化陽光，你家的客廳墻面能隨心情變換動態藝術圖案。

這項研究不僅為自適應建筑打開了新思路，也為人與機器群體的互動開辟了新場景。當機器人離開地面和桌面，爬上我們的墻壁和天花板，一個真正與環境融為一體的智能時代，正在到來。

論文鏈接：

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