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| 內容簡介： |
本书探讨了机器人生态圈系统的理论与应用体系实现，展现了机器人如何突破“工具”角色的传统定位，逐步演化为能够与自然环境共生的“类生命体”。本书共八章，内容循序渐进：第1章提出了机器人生态圈的体系设计，第2~4章介绍了生命特征的工程化实现，第5~7章介绍了构建生态的支撑技术，第8章介绍了机器人生态圈的应用案例。
來源：香港大書城megBookStore,http://www.megbook.com.hk
本书面向机器人技术从业者、科研人员及机器人爱好者，旨在启发机器人技术从“工具范式”迈向“生态范式”的转变；不仅为机器人系统的可持续发展提供了新思路，也为应对无人环境下的长期作业、极端环境下的自主探索提供了技术框架。
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| 目錄：
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第1章机器人生态圈概念及其体系结构1
1.1自然界的灵感1
1.2类生命机器人的起源1
1.3从类生命机器人到机器人生态圈2
第2章机器人自维持7
2.1自维持系统的概念8
2.2自维持机器人关键技术8
2.2.1机器人自主行为决策9
2.2.2能量获取与管理13
2.2.3机器人故障识别19
2.2.4机器人自主修复21
2.3自维持机器人地面演示系统24
2.3.1自维持移动机器人系统设计24
2.3.2自维持系统地面实验设计27
2.3.3基于行为树的能源自维持29
2.3.4实验结果与分析31
参考文献37
第3章机器人自复制41
3.1冯·诺伊曼的基础性工作43
3.1.1模型的结构和工作原理43
3.1.2开放式机器进化45
3.2自复制的有向图模型46
3.2.1模型的建立46
3.2.2复杂性的度量48
3.3自复制机器人的物理原型49
3.3.1模块化自复制机器人体系设计50
3.3.2自复制机器人“Robot 1”51
3.4自复制机器人的工程问题53
3.4.13D打印和4D打印53
3.4.2化学与生化系统54
3.4.3自复制机器人的独特挑战55
参考文献58
第4章机器人自进化60
4.1机器人进化学62
4.1.1达尔文主义机器人进化63
4.1.2拉马克原则机器人进化65
4.1.3机器人基因表达66
4.2机器人进化算法70
4.2.1自主进化算法70
4.2.2多机器人协同进化71
4.2.3多级进化74
4.3形态智能76
4.3.1基于形态计算的行为生成78
4.3.2基于学习的形态控制78
4.3.3基于学习的形态优化79
4.3.4典型机器人案例80
4.4可进化机器人的挑战与方向83
4.4.1自进化机器人的挑战 83
4.4.2自进化机器人的发展方向 85
4.4.3自进化机器人的社会影响87
参考文献89
第5章机器人支撑技术92
5.1机器人感知系统92
5.1.1机器视觉92
5.1.2自然语言处理94
5.1.3触觉感知97
5.2机器人自组织通信101
5.2.1通信拓扑结构101
5.2.2通信协议103
5.2.3资源管理与安全106
5.3机器人驱动系统107
5.4智能控制方法110
5.4.1强化学习111
5.4.2迁移学习112
5.4.3迭代迁移学习114
5.4.4模仿学习115
5.5生物启发设计117
参考文献119
第6章机器人生态圈的群体演化122
6.1群体智能的起源122
6.2群体智能优化算法及分类123
6.2.1蚁群算法（ACO）124
6.2.2粒子群优化算法（PSO）126
6.2.3菌群优化算法（BFO）128
6.2.4蛙跳算法（SFLA）130
6.2.5人工鱼群算法（AFSA）133
6.3群体智能机器人136
6.3.1群体机器人实验室项目136
6.3.2群体智能机器人的应用137
6.4群体机器人的发展趋势140
6.4.1机器人小型化140
6.4.2异质性141
6.4.3多智能体协同143
参考文献146
第7章基于模块化自重构的机器人生态圈149
7.1模块化自重构机器人150
7.1.1模块化机器人的类型150
7.1.2模块化机器人的对接机构152
7.2模块化机器人的协同运动154
7.2.1运动步态类型154
7.2.2运动步态选择158
7.2.3协同负载运输160
7.3模块化机器人生态圈的技术途径162
7.3.1模块化机器人的自组装162
7.3.2模块化机器人的自修复165
7.3.3模块化机器人的自复制167
7.3.4模块化机器人的自进化171
7.4模块化机器人的应用173
7.4.1典型模块化机器人173
7.4.2模块化机器人的关键问题176
参考文献178
第8章机器人生态圈的未来应用180
8.1工业生产与自动化180
8.1.1自维持机器人在制造业的应用180
8.1.2自复制机器人的生产线设计182
8.1.3自进化机器人的优化与维护182
8.2环境监测与保护185
8.2.1机器人在生态监测中的作用185
8.2.2环境保护的机器人解决方案186
8.2.3可持续发展的机器人技术189
8.3探索宇宙与深海190
8.3.1太空探索的机器人技术190
8.3.2深海探测的机器人平台192
8.3.3跨领域合作与创新194
参考文献197
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| 內容試閱：
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随着科技不断进步，人类对机器人的依赖日益增强。从工业生产到家庭服务，从
深海探索到太空旅行，机器人的身影无处不在。尽管机器人技术取得了巨大的成功，它仍
然面临着许多挑战，尤其在可持续性和环境适应性方面。传统机器人设计往往忽视了与环境的互动和长期可持续性，这限制了它们在复杂环境中的效能和应用范围。
在这样的背景下，机器人生态圈的概念应运而生。它探讨如何将机器人技术与生
态学原理相结合，借鉴物种在生态系统中相互作用、相互依存的机制，创造出能够自维持、自复制、自进化的机器人。通过模仿自然界中的种群行为，如蚁群协作、鸟群飞行模式等，设计出具有群体智能的机器人系统，使其在各种环境中能够鲁棒可靠地完成任
务，且与自然环境和谐共存。通过模仿自然界中的物种繁衍行为，设计具有复制和进化能力的机器人，以适应不同环境，并提高任务执行的效率。此外，机器人生态圈的
研究还强调了机器人与环境的和谐共存。这意味着机器人的设计和操作不仅要考虑到效率
和性能，还要考虑到对环境的影响，包括使用可再生能源、减少废物产生，以及设计出能
够与自然环境和其他生物体共存的机器人。
尽管机器人生态圈的概念充满了潜力，但它也面临着许多挑战。如何确保机器人的行为符合伦理和法律标准也是一个重要的问题。随着机器人技术的发展，我们必须确保它们的行为不会对人类社会或自然环境造成伤害。然而，这些挑战也带来了新的机遇。机器人
生态圈的研究推动了跨学科合作，促进了工程学、生态学、计算机科学等领域的发展。未
来的机器人生态圈将是一个高度集成、高度智能的系统。它不仅能够自维持和自复制，还能够通过学习和进化适应不断变化的环境。这些机器人将能够在各种环境中工作，从灾难救援到环境保护，从农业生产到太空探索。随着全球面临环境问题和资源短缺
的挑战，机器人生态圈的研究可能为我们提供新的解决方案。
在本书中，我们将深入探讨这一领域的各个方面，包括其理论基础、技术实现、应用案例以及面临的挑战和机遇。我们希望这本书能够为读者提供一
个全面的视角，帮助他们理解机器人生态圈的潜力和未来发展的可能性。
除作者外，徐磊硕士、胡能浩硕士亦为相关研究作出了重要贡献，在此一并表示感谢!
由于作者水平有限，书中如有不妥之处，敬请批评指正。
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