“Tyhmät robotit” suorittavat tehtäviä hyödyntämällä fyysisiä ominaisuuksiaan

Jotta robotiparvet voivat toimia yhteisesti, tutkijoiden on ohjattava niiden vuorovaikutusta luottamalla edistyneisiin algoritmeihin ja komponentteihin. Mutta jos robotit ovat yksinkertaisia ja niissä on puutteellinen ohjelmointi, koordinoitu käyttäytyminen on harvoin saavutettavissa.

Dana Randall, ADVANCE Professor of Computing ja Daniel Goldman, Dunn Family Professor, ovat johtaneet tutkijaryhmää Georgia Institute of Technologyn yliopistossa tämän ongelman ratkaisemiseksi. Ryhmä on pyrkinyt osoittamaan, miten yksinkertaiset robotit voivat suorittaa tehtäviä, jotka ylittävät yhden robotin kykyjä.

Tutkimus julkaistiin Science Advances -julkaisussa 23. huhtikuuta.

Tyhmät robotit suorittavat monimutkaisia tehtäviä

Nimettynä “tyhmiksi roboteiksi” tutkijaryhmä käytti perustein mobileja granulaarisia hiukkasia, ja he pyrkivät osoittamaan, että nämä voivat suorittaa monimutkaisia tehtäviä. Tutkijat ilmoittivat, että he pystyivät poistamaan kaikki anturit, viestinnän, muistin ja laskennan roboteista ja hyödyntämään robottien fyysisiä ominaisuuksia tehtävien suorittamiseen. Tutkijoiden mukaan tämä ominaisuus kutsutaan “tehtävän ruumiillistamiseksi”.

BOBbotit, jotka tulevat sanoista “behaving, organizing, buzzing bots”, on nimetty Bob Behringerin mukaan, joka on granulaarifysiikan uranuurtaja.

Robotit ovat “yhdenmukaisia”, Randall sanoo. “Niiden sylinterimäiset rungot ovat varustettu vibroivilla harjoilla ja löysillä magneeteilla, mikä aiheuttaa niiden viettävän enemmän aikaa paikoissa, joissa on enemmän naapureita.”

https://www.youtube.com/watch?v=hsLJShwjknI

Tietokonesimulaatiot

Lisäksi kokeellisesta alustasta tutkijaryhmä käytti myös tarkkoja tietokonesimulaatioita, joita johti Shengkai Li, Georgia Techin fysiikan opiskelija. Nämä simulaatiot auttoivat tutkimaan järjestelmän eri puolia, joita ei voitu tarkastella laboratoriossa.

BOBbotit ovat erittäin yksinkertaisia, mutta tutkijat osoittivat, että kun robotit liikkuvat yhdessä ja tökkivät toisiinsa, “tiivis aggregaatti muodostuu, joka pystyy yhteisesti poistamaan romua, joka on liian raskasta yhdelle robotille”, Goldman selittää. “Kun useimmat ihmiset rakentavat yhä monimutkaisempia ja kalliimpia roboteja varmistamaan koordinaation, halusimme nähdä, mitä monimutkaisia tehtäviä voidaan suorittaa hyvin yksinkertaisilla roboteilla.”

Tutkijaryhmän työ perustui teoreettiseen malliin hiukkasten liikkeestä shakkitaululla, ja järjestelmän matemaattisen mallin tutkimiseksi kehitettiin itsejärjestävä hiukkanenjärjestelmä. Vedoten todennäköisyysteoriaan, statistiseen fysiikkaan ja stokastisiin algoritmeihin tutkijaryhmä pystyi osoittamaan, että magneettisten vuorovaikutusten lisääntyessä teoreettinen malli käy läpi faasi muutoksen. Se muuttuu nopeasti hajautuneesta aggregoivaksi, muodostaen tiiviit ryhmät, jotka muistuttavat järjestelmiä kuten vettä ja jäätä.

Randall on myös tietojenkäsittelytieteen professori ja matematiikan apulaisprofessori Georgia Techissä.

“Tarkka analyysi osoitti meille, miten BOBbotit voidaan rakentaa, ja se paljasti myös algoritmiimme sisäänrakennetun robustisuuden, joka salli joitakin roboteista olla viallisia tai ennalta arvaamattomia”, Randall sanoo.