自動運転車の衝突回避を助けるスウォームロボット

自動運転車を開発する企業にとって、最優先事項は、安全に運行し、衝突や交通渋滞を起こさないことです。ノースウェスタン大学は、衝突を起こさない、デッドロックを起こさないことを保証する最初の分散型アルゴリズムを開発し、この目標を一歩近づけました。

このアルゴリズムは、シミュレーションで1,024台のロボットと、実験室で100台のロボットのスウォームでテストされました。1分以内に、ロボットは信頼性が高く、安全に、効率的に予め決定された形状に収束することができました。

ノースウェスタン大学のマイケル・ルーベンシュタインがこの研究を主導しました。彼は、ノースウェスタン大学マコーミック工学部のコンピューターサイエンスのリサ・ウィスナー＝スリヴァカとベンジャミン・スリヴァカ教授です。

「多くの自動運転車が道路上を走行している場合、衝突したり、デッドロックに陥ったりしたくない」とルーベンシュタインは述べました。「私たちのスウォームロボットを形状を形成するように制御する方法を理解することで、自動運転車の車隊を制御し、互いに相互作用させる方法を理解することができます」

この論文は、来月、IEEE Transactions on Robotics誌に掲載される予定です。

小さなロボットのスウォームを使用することには、1台の大きなロボットや1台のロボットが率いるスウォームと比較して、利点があります。中央集権的な制御がないからです。中央集権的な制御は、重大な故障の原因となる可能性があります。ルーベンシュタインの分散型アルゴリズムは、故障時に備えた安全装置として機能します。

「システムが中央集権的であり、ロボットが1台停止すると、全体のシステムが故障します」とルーベンシュタインは述べました。「分散型システムでは、他のロボットに何をするかを指示するリーダーはありません。各ロボットは独自の決定を下します。スウォームの中のロボットが1台故障しても、スウォームはタスクを完了することができます」

ロボットは、衝突や渋滞を避けるために、互いに調整します。ロボットの下にある地面がグリッドとなり、各ロボットはGPSに似た技術によりグリッド上での自分の位置を認識します。

ロボットは、1つのスポットから別のスポットへの移動前に、他のロボットと通信するためにセンサーに頼ります。そうすることで、グリッド上の他のスペースが空いているか、占有されているかを判断することができます。

「ロボットは、スポットが空いていることと、他のロボットが同じスポットに移動していないことを確認するまで、移動しません」とルーベンシュタインは述べました。「彼らは慎重で、事前にスペースを予約します」

ロボットは、形状を形成するために互いに通信することができます。これは、ロボットの近視のため可能です。

「各ロボットは、近くにいる3〜4台のロボットしか認識できません」とルーベンシュタインは説明しました。「全体のスウォームを見渡すことができないため、システムをスケールアップしやすいです。ロボットは、グローバル情報なしでローカルに決定を下します」

100台のロボットは、1分以内に形状を形成することができます。これは、以前のアプローチでは1時間かかったことと比較して、劇的に短縮された時間です。ルーベンシュタインは、自動運転車と自動化された倉庫の両方でこのアルゴリズムを使用したいと考えています。

「大きな企業には、ロボットが人間に物体を渡すスポットに到達するために、可能な限り迅速に移動する必要がある、数百台のロボットで作業する倉庫があります」と彼は述べました。 「彼らは、ロボットが衝突しないことと、可能な限り迅速に移動することを確認する必要があります」