Swarm-robotter hjælper selvkørende biler med at undgå kollisioner

Det øverste prioritetsområde for virksomheder, der udvikler selvkørende køretøjer, er, at de kan navigere sikkert og undgå kollisioner eller trafikprop. Northwestern University har bragt denne virkelighed et skridt nærmere med udviklingen af den første decentraliserede algoritme med en kollisionsfri, dødløs garanti.

Algoritmen blev testet af forskerne i en simulation af 1.024 robotter samt en sværm af 100 rigtige robotter i laboratoriet. Inden for et minut kunne robotterne pålideligt, sikkert og effektivt konvergere for at danne en forudbestemt form på under ét minut.

Northwesterns Michael Rubenstein ledede studiet. Han er Lisa Wissner-Slivka og Benjamin Slivka Professor i datavidenskab på Northwesterns McCormick School of Engineering.

“Hvis du har mange selvkørende køretøjer på vejen, ønsker du ikke, at de kolliderer med hinanden eller bliver fast i en dødløs situation,” sagde Rubenstein. “Ved at forstå, hvordan vi kan styre vores sværmrobotter til at danne former, kan vi forstå, hvordan vi kan styre flåder af selvkørende køretøjer, mens de interagerer med hinanden.”

Artiklen skal offentliggøres i tidsskriftet IEEE Transactions on Robotics senere denne måned.

Der er en fordel ved at bruge en sværm af små robotter i stedet for en stor robot eller en sværm ledet af en robot; der er manglen på central kontrol. Central kontrol kan blive en stor årsag til fejl, og Rubensteins decentraliserede algoritme fungerer som en sikkerhedsforanstaltning.

“Hvis systemet er centraliseret og en robot holder op med at fungere, så fejler hele systemet,” sagde Rubenstein. “I et decentraliseret system er der ingen leder, der fortæller alle andre robotter, hvad de skal gøre. Hver robot træffer sine egne beslutninger. Hvis en robot fejler i en sværm, kan sværmen stadig udføre opgaven.”

For at undgå kollisioner og prop, koordinerer robotterne med hinanden. Jorden under robotterne fungerer som en grid for algoritmen, og hver robot er bevidst om sin position på griden takket være teknologi lignende GPS.

Før de foretager en bevægelse fra en position til en anden, afhænger hver robot af sensorer til at kommunikere med de andre. Ved at gøre dette kan den bestemme, om andre pladser på griden er ledige eller besat.

“Robotterne nægter at flytte til en position, før positionen er fri, og før de ved, at ingen andre robotter flytter til samme position,” sagde Rubenstein. “De er omhyggelige og reserverer en plads i forvejen.”

Robotterne kan kommunikere med hinanden for at danne en form, og dette er muligt takket være robotternes nærsynethed.

“Hver robot kan kun fornemme tre eller fire af sine nærmeste naboer,” forklarede Rubenstein. “De kan ikke se over hele sværmen, hvilket gør det lettere at skala systemet. Robotterne interagerer lokalt for at træffe beslutninger uden global information.”

100 robotter kan koordinere for at danne en form på under ét minut, i modsætning til den time, det tog i nogle tidligere tilgange. Rubenstein ønsker, at hans algoritme skal bruges i både selvkørende køretøjer og automatiserede lagerhuse.

“Store virksomheder har lagerhuse med hundredvis af robotter, der udfører opgaver lignende dem, vores robotter gør i laboratoriet,” sagde han. “De skal sikre, at deres robotter ikke kolliderer, men bevæger sig så hurtigt som muligt for at nå det sted, hvor de til sidst giver et objekt til en menneske.”