「愚かなロボット」が物理的特性を利用してタスクを達成する

ロボットの群れが集団的に行動するためには、研究者は高度なアルゴリズムとコンポーネントに頼って、ロボットの相互作用を振り付けなければなりません。しかし、ロボットが単純で高度なプログラミングが不足している場合、調整された動作を達成することはほとんど不可能です。

ジョージア工科大学のDana Randall氏（計算機科学のADVANCE教授）とDaniel Goldman氏（Dunn Family教授）が率いる研究チームは、この問題に対処するために取り組んでいます。チームは、単純なロボットでも1台のロボットの能力を超えるタスクを達成できることを実証しようとしました。

この研究は、4月23日にScience Advances誌に掲載されました。

愚かなロボットが複雑なタスクを達成する

「愚かなロボット」と呼ばれるこのチームは、基本的に移動可能な粒子と同等のものを使用し、これらが複雑なタスクを達成できることを証明しようとしました。研究者は、ロボットからすべてのセンサー、通信、メモリ、計算を取り除き、ロボットの物理的特性を利用して一連のタスクを完了したと報告しています。チームによると、この特性は「タスクの具現化」と呼ばれます。

「behaving, organizing, buzzing bots」の頭文字を取ったBOBbotsは、粒子物理学の先駆者であるBob Behringerにちなんで命名されました。

Randall氏によると、「ロボットは『愚かな』ものです。シリンダ形のシャーシに振動するブラシが付いており、周囲には磁石が付いているため、隣接するロボットが多い場所にいる時間が長くなります」。

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コンピュータシミュレーション

実験プラットフォームとともに、チームはジョージア工科大学の物理学学生であるShengkai Li氏が主導する正確なコンピュータシミュレーションにも頼りました。これらのシミュレーションは、実験室では調査できないシステムのさまざまな側面を研究するのに役立ちました。

BOBbotsは非常に単純ですが、研究者はロボットが互いに衝突して移動すると、「1台だけでは移動できないほど重いデブリをまとめて除去できるコンパクトな集団が形成される」とGoldman氏は説明しています。 「ほとんどの人は調整を保証するために、ますます複雑で高価なロボットを構築していますが、私たちは非常に単純なロボットで何ができるかを見てみたかったのです」。

チームの研究は、チェスボード上を移動する粒子の理論モデルにインスパイアされています。BOBbotsの数学モデルを研究するために、自己組織化粒子システムという理論的な抽象化が開発されました。確率理論、統計物理学、確率的アルゴリズムから引き出して、チームは磁気相互作用が増加すると、理論モデルが分散から凝集に移行し、水や氷のようなシステムと同様のコンパクトクラスターを形成するという相転移を起こすことを証明しました。

Randall氏はジョージア工科大学の計算機科学教授および数学の准教授でもあります。

Randall氏によると、「厳密な分析は私たちにBOBbotsを構築する方法を示しただけでなく、私たちのアルゴリズムの内在的なロバスト性も明らかにし、ロボットの一部が故障したり予測不可能になったりしても機能することを可能にしました」。