Zooids：群体用户界面构建模块
SwarmUI
机器人
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🧩 软硬件结合
已发布
项目简介
Necessary material to build and use Zooids to create Swarm User Interfaces
Zooids是一个开创性的开源软硬件平台，旨在构建“群体用户界面”——一种由众多自主微型机器人组成的全新人机交互范式。该项目由斯坦福大学Shape Lab与法国Inria的Aviz团队联合研发，核心是一群直径仅2.6厘米、高2.1厘米、重约12克的定制轮式微型机器人。每个Zooid机器人内置100mAh锂电池、电机驱动轮、用于电容触感应的柔性电极，并通过NRF24L01+芯片与主计算机通信。在追踪方面，系统采用高速DLP结构光投影仪（3000帧/秒）投射格雷码图案，机器人上的光电二极管独立解码以实时获取精确位置，无需外部摄像头。软件架构分为四层：应用层计算目标位置，仿真层可选择PID位置控制或HRVO避障策略，服务器层负责指令分发与状态监控，硬件层执行独立运动控制。Zooids解决了传统固定屏幕或单一机器人交互的局限性，让多个自主实体同时作为显示与交互界面，适用于动态数据可视化、物理信息呈现、协同任务演示等场景。例如，机器人集群可模拟粒子系统、自动排列成信息图形，或对用户触摸做出群体响应。该项目采用CC BY-SA 4.0许可，提供了完整的硬件设计文件、追踪系统搭建指南及软件框架，为研究人员和开发者探索群体机器人交互提供了可复现的基础平台。
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项目特点
**微型自主机器人**：Zooids 机器人直径 26mm，重量 12g，具备独立运动、电容触摸感应和无线通信能力。
**高速光学追踪**：使用 3000Hz 的 DLP 投影仪投射格雷码图案，机器人上的光电二极管独立解码位置，实现高精度实时追踪。
**分层软件架构**：从应用层、仿真层、服务器层到硬件层，结构清晰，支持 PID 和 HRVO 两种控制策略。
**开源开放**：硬件设计、软件代码和追踪系统设置说明均包含在仓库中，便于复现和二次开发。
技术规格
| 机器人直径 | 26 mm |
|---|---|
| 机器人高度 | 21 mm |
| 机器人重量 | 约 12 g |
| 电源 | 100 mAh LiPo 电池 |
| 通信芯片 | NRF24L01+ |
| 触控方式 | 柔性电极电容触摸感应 |
| 追踪系统 | DLP LightCrafter 投影仪 (3000Hz) + 格雷码图案 |
| 控制频率 | 60 Hz (位置更新) |
| 控制策略 | PID 位置控制 / HRVO 结合 PID |
项目资源
搜索资源
物料清单 (BOM)
| 物料名称 | 数量 | 参考价格 | 备注 |
|---|---|---|---|
| Zooids 机器人（含电机、轮子、PCB、电池等） | 多个 | — | 每个机器人需独立组装 |
| 100 mAh LiPo 电池 | 每个机器人1个 | — | 为机器人供电 |
| NRF24L01+ 芯片 | 每个机器人1个 | — | 无线通信 |
| DLP LightCrafter 投影仪 | 1台 | — | 用于光学追踪 |
| 光电二极管 | 每个机器人1个 | — | 解码投影图案 |
| 计算机（运行服务器和应用程序） | 1台 | — | 控制所有机器人 |
| 柔性电极（电容触控） | 每个机器人1个 | — | 用于触摸感应 |
能力画像
⚪ 记忆与知识检索: 1/5
🔵 逻辑推演: 3/5
⚪ 表达与交流: 1/5
⚪ 感知与观察: 2/5
🔵 数理与计算: 4/5
🔵 动手与操作: 5/5
🔵 狂热与坚持: 5/5
🔵 创造与创新: 4/5
项目图库
视频
所需技能
🔧 **动手能力**：需要精细的机械组装和电子焊接技能，机器人尺寸极小（26mm），对操作精度要求高。
💻 **编程能力**：需要掌握 C/C++（Arduino 固件）、Python 或 C#（应用层和服务器层），以及 PID 控制算法和 HRVO 避障算法的实现。
⚡ **电子电路**：需要理解 PCB 设计、电池管理、无线通信（NRF24L01+）和光电传感器原理，以及 DLP 投影仪的光学设置。
适用场景
**桌面群体交互应用**：如数据可视化、动态物理图标、协作式桌面游戏。
**人机交互研究**：探索多机器人协同显示与交互的新范式。
**机器人控制教学**：作为学习 PID 控制、多智能体系统和实时追踪的实践平台。
**艺术装置**：创建动态的、可交互的物理显示装置。