“Robot Dumb” Realizzano Compiti Sfruttando Caratteristiche Fisiche

Perché sciami di robot agiscano collettivamente, i ricercatori devono coreografare le loro interazioni facendo affidamento su algoritmi avanzati e componenti. Tuttavia, se i robot sono semplici e mancano di programmazione avanzata, il comportamento coordinato può essere raramente raggiunto.

Dana Randall, professore ADVANCE di Informatica e Daniel Goldman, professore della famiglia Dunn, hanno guidato un team di ricercatori presso il Georgia Institute of Technology per affrontare questo problema. Il team ha cercato di dimostrare come robot semplici possano comunque raggiungere compiti che vanno oltre le capacità di uno solo.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Science Advances il 23 aprile.

Robot Dumb Realizzano Compiti Complessi

Definiti “robot dumb”, il team ha utilizzato sostanzialmente particelle granulari mobili, e sono questi che hanno cercato di dimostrare possono raggiungere compiti complessi. I ricercatori hanno riferito di essere riusciti a rimuovere tutti i sensori, la comunicazione, la memoria e il calcolo dai robot, e di aver sfruttato le caratteristiche fisiche dei robot per completare un set di compiti. Secondo il team, questa caratteristica è chiamata “incarnazione del compito”.

I BOBbots, che stanno per “comportamento, organizzazione, ronzio, bot”, sono stati nominati dopo Bob Behringer, un pioniere della fisica granulare.

I robot sono “quanto di più semplice si possa immaginare”, dice Randall. “I loro telai cilindrici hanno spazzole vibranti sotto e magneti liberi sulla periferia, facendoli trascorrere più tempo in luoghi con più vicini”.

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Simulazioni al Computer

Insieme alla piattaforma sperimentale, il team ha anche fatto affidamento su precise simulazioni al computer guidate da Shengkai Li, uno studente di fisica del Georgia Tech. Queste simulazioni hanno aiutato a studiare vari aspetti del sistema che non potevano essere esaminati in laboratorio.

I BOBbots sono estremamente semplici, ma i ricercatori hanno comunque dimostrato che quando i robot si muovono insieme e si scontrano, “si formano aggregati compatti in grado di rimuovere detriti che sono troppo pesanti per essere mossi da uno solo”, spiega Goldman. “Mentre la maggior parte delle persone costruisce robot sempre più complessi e costosi per garantire la coordinazione, noi volevamo vedere quali compiti complessi potevano essere raggiunti con robot molto semplici”.

Il lavoro del team è stato ispirato da un modello teorico di particelle che si muovono su una scacchiera, e per studiare un modello matematico dei BOBbots, è stata sviluppata un’astrazione teorica chiamata sistema di particelle auto-organizzate. Attingendo dalla teoria della probabilità, dalla fisica statistica e dagli algoritmi stocastici, il team è riuscito a dimostrare che man mano che le interazioni magnetiche aumentano, il modello teorico subisce una transizione di fase. Cambia rapidamente da disperso ad aggregato, formando cluster compatti simili a sistemi come acqua e ghiaccio.

Randall è anche professore di informatica e professore aggiunto di matematica al Georgia Tech.

“L’analisi rigorosa non solo ci ha mostrato come costruire i BOBbots, ma ha anche rivelato una robustezza intrinseca del nostro algoritmo che ha permesso a alcuni robot di essere difettosi o imprevedibili”, dice Randall.