“Domme Robots” Voltooien Taken door Fysieke Eigenschappen te Benutten

Om zwermen van robots collectief te laten handelen, moeten onderzoekers hun interacties choreograferen door te vertrouwen op geavanceerde algoritmen en componenten. Echter, als de robots eenvoudig zijn en een gebrek aan geavanceerde programmering hebben, kan gecoördineerd gedrag zelden worden bereikt.

Dana Randall, ADVANCE Professor of Computing en Daniel Goldman, Dunn Family Professor, hebben een team van onderzoekers aan het Georgia Institute of Technology geleid om dit probleem aan te pakken. Het team zette zich tot doel om te demonstreren hoe eenvoudige robots nog steeds taken kunnen uitvoeren die verder gaan dan de mogelijkheden van één robot.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances op 23 april.

Domme Robots Voltooien Complexe Taken

Genoemd “domme robots”, gebruikte het team wat in wezen mobiele granulaire deeltjes waren, en deze zijn wat ze wilden bewijzen dat ze complexe taken kunnen uitvoeren. De onderzoekers meldden dat ze alle sensoren, communicatie, geheugen en berekening van de robots konden verwijderen en dat ze de fysieke eigenschappen van de robots gebruikten om een reeks taken te voltooien. Volgens het team wordt deze eigenschap “taakverwezenlijking” genoemd.

De BOBbots, wat staat voor “gedrag, organisatie, zoemende bots”, werden vernoemd naar Bob Behringer, een pionier in granulaire fysica.

De robots zijn “zo dom als het maar kan”, zegt Randall. “Hun cilindrische chassis hebben trillende borstels eronder en losse magneten aan hun periferie, waardoor ze meer tijd doorbrengen op locaties met meer buren.”

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

Computersimulaties

Naast het experimentele platform, vertrouwde het team ook op precieze computersimulaties onder leiding van Shengkai Li, een student in de natuurkunde aan het Georgia Institute of Technology. Deze simulaties hielpen bij het bestuderen van verschillende aspecten van het systeem die niet in het lab konden worden onderzocht.

De BOBbots zijn extreem eenvoudig, maar de onderzoekers toonden aan dat wanneer de robots samen bewegen en tegen elkaar botsen, “compacte aggregaten vormen die in staat zijn om collectief afval te verwijderen dat te zwaar is voor één robot om alleen te verplaatsen”, legt Goldman uit. “Terwijl de meeste mensen steeds complexere en duurdere robots bouwen om coördinatie te garanderen, wilden wij zien welke complexe taken kunnen worden uitgevoerd met zeer eenvoudige robots.”

Het werk van het team werd geïnspireerd door een theoretisch model van deeltjes die zich op een schaakbord bewegen, en om een wiskundig model van de BOBbots te bestuderen, werd een theoretische abstractie genoemd een zelforganiserend deeltjessysteem ontwikkeld. Door te putten uit waarschijnlijkheidstheorie, statistische fysica en stochastische algoritmen, konden de onderzoekers aantonen dat wanneer de magnetische interacties toenemen, het theoretische model een faseovergang ondergaat. Het verandert snel van verspreid naar aggregerend, waarbij compacte clusters worden gevormd die lijken op systemen zoals water en ijs.

Randall is ook professor in de informatica en bijzonder hoogleraar wiskunde aan het Georgia Institute of Technology.

“De grondige analyse liet niet alleen zien hoe we de BOBbots konden bouwen, maar onthulde ook een inherente robuustheid van onze algoritme die het mogelijk maakte dat sommige robots defect of onvoorspelbaar waren”, zegt Randall.