„Dumme Roboter“ erledigen Aufgaben, indem sie physikalische Eigenschaften nutzen 

Damit Roboterschwärme kollektiv agieren können, müssen Forscher ihre Interaktionen choreografieren, indem sie sich auf fortschrittliche Algorithmen und Komponenten verlassen. Wenn die Roboter jedoch einfach sind und es an fortgeschrittener Programmierung mangelt, kann koordiniertes Verhalten selten erreicht werden. 

Dana Randall, ADVANCE-Professorin für Informatik, und Daniel Goldman, Dunn Family Professor, haben ein Forscherteam am Georgia Institute of Technology geleitet, um sich mit diesem Problem zu befassen. Das Team wollte zeigen, wie einfache Roboter dennoch Aufgaben erledigen können, die über die Fähigkeiten eines einzelnen Roboters hinausgehen. 

Die Forschungsprojekte wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft Fortschritte April 23. 

Dumme Roboter erledigen komplexe Aufgaben

Das als „dumme Roboter“ bezeichnete Team verwendete im Grunde bewegliche körnige Partikel und wollte beweisen, dass diese komplexe Aufgaben bewältigen können. Die Forscher berichteten, dass sie in der Lage waren, alle Sensoren, Kommunikation, Speicher und Berechnungen von den Robotern zu entfernen und die physischen Eigenschaften der Roboter zu nutzen, um eine Reihe von Aufgaben zu erledigen. Nach Angaben des Teams wird diese Eigenschaft als „Aufgabenverkörperung“ bezeichnet.

Die BOBbots, was für „sich benehmende, organisierende, summende Bots“ steht, wurden nach Bob Behringer benannt, einem Pionier der granularen Physik. 

Die Roboter seien „ungefähr so ​​dumm wie es nur geht“, sagt Randall. „Ihr zylindrisches Gehäuse verfügt über vibrierende Bürsten an der Unterseite und lose Magnete an der Peripherie, wodurch sie mehr Zeit an Standorten mit mehr Nachbarn verbringen können.“

Computersimulationen

Neben der experimentellen Plattform stützte sich das Team auch auf präzise Computersimulationen unter der Leitung von Shengkai Li, einem Physikstudenten der Georgia Tech. Mithilfe dieser Simulationen konnten verschiedene Aspekte des Systems untersucht werden, die im Labor nicht untersucht werden konnten. 

Die BOBbots sind extrem einfach, aber die Forscher zeigten dennoch, dass, wenn sich die Roboter zusammenbewegen und aneinander stoßen, „kompakte Aggregate entstehen, die in der Lage sind, gemeinsam Trümmer wegzuräumen, die zu schwer sind, als dass einer sie alleine bewegen könnte“, erklärt Goldman. „Während die meisten Menschen immer komplexere und teurere Roboter bauen, um die Koordination zu gewährleisten, wollten wir sehen, welche komplexen Aufgaben mit sehr einfachen Robotern erledigt werden können.“

Die Arbeit des Teams wurde von einem theoretischen Modell von Partikeln inspiriert, die sich auf einem Schachbrett bewegen. Um ein mathematisches Modell der BOBbots zu untersuchen, wurde eine theoretische Abstraktion namens „selbstorganisierendes Partikelsystem“ entwickelt. Mithilfe von Wahrscheinlichkeitstheorie, statistischer Physik und stochastischen Algorithmen konnte das Team nachweisen, dass das theoretische Modell mit zunehmender magnetischer Wechselwirkung einen Phasenwechsel durchläuft. Es geht schnell von dispergiert zu aggregierend über und bildet kompakte Cluster, die Systemen wie Wasser und Eis ähneln.

Randall ist außerdem Professor für Informatik und außerordentlicher Professor für Mathematik an der Georgia Tech. 

„Die gründliche Analyse zeigte uns nicht nur, wie man die BOBbots baut, sondern offenbarte auch die inhärente Robustheit unseres Algorithmus, die es zuließ, dass einige der Roboter fehlerhaft oder unvorhersehbar waren“, sagt Randall.