“Dome 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. Als de robots echter eenvoudig zijn en geen 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 in om te laten zien dat 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.

Dome Robots Voltooien Complexe Taken

Genoemd “dome robots”, gebruikte het team wat in wezen mobiele korrelige deeltjes waren, en dit is wat ze probeerden te 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 benutten om een reeks taken te voltooien. Volgens het team heet deze eigenschap “taakverwezenlijking”.

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

De robots zijn “zo dom als het maar kan”, zegt Randall. “Hun cilindrische chassis hebben trillende borstels eronder en losse magneten op 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 nauwkeurige computersimulaties onder leiding van Shengkai Li, een student fysica aan de Georgia Tech. Deze simulaties hielpen om verschillende aspecten van het systeem te bestuderen die niet in het lab konden worden bekeken.

De BOBbots zijn extreem eenvoudig, maar de onderzoekers toonden aan dat wanneer de robots samen bewegen en tegen elkaar botsen, “compacte aggregaten worden gevormd die in staat zijn om collectief rommel te verwijderen die te zwaar is voor één robot om te verplaatsen”, legt Goldman uit. “Terwijl de meeste mensen steeds complexere en duurdere robots bouwen om coördinatie te garanderen, wilden we 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 genaamd 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 adjunct-professor in de wiskunde aan de Georgia Tech.

“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.