Zwermrobots helpen zelfrijdende auto’s om botsingen te vermijden

Het hoogste prioriteit voor bedrijven die zelfrijdende voertuigen ontwikkelen, is dat ze veilig kunnen navigeren en botsingen of verkeersopstoppingen kunnen vermijden. De Northwestern University heeft die realiteit een stap dichterbij gebracht met de ontwikkeling van de eerste gedecentraliseerde algoritme met een botsingsvrije, deadlock-vrije garantie.

De algoritme werd getest door de onderzoekers in een simulatie van 1.024 robots, evenals een zwerm van 100 echte robots in het lab. Binnen een minuut konden de robots betrouwbaar, veilig en efficiënt samenkomen om een vooraf bepaalde vorm te vormen in minder dan een minuut.

Northwestern’s Michael Rubenstein leidde de studie. Hij is de Lisa Wissner-Slivka en Benjamin Slivka Professor in Computer Science in Northwestern’s McCormick School of Engineering.

“Als je veel autonome voertuigen op de weg hebt, wil je niet dat ze met elkaar botsen of vast komen te zitten in een deadlock,” zei Rubenstein. “Door te begrijpen hoe we onze zwermrobots kunnen controleren om vormen te vormen, kunnen we begrijpen hoe we vloten van autonome voertuigen kunnen controleren terwijl ze met elkaar interacteren.”

Het artikel zal later deze maand worden gepubliceerd in het tijdschrift IEEE Transactions on Robotics .

Er is een voordeel in het gebruik van een zwerm van kleine robots in vergelijking met één grote robot of een zwerm geleid door één robot; er is een gebrek aan centrale controle. Centrale controle kan een belangrijke reden voor falen worden, en Rubenstein’s gedecentraliseerde algoritme fungeert als een veiligheidsmechanisme.

“Als het systeem centraal is en een robot stopt met werken, faalt het hele systeem,” zei Rubenstein. “In een gedecentraliseerd systeem is er geen leider die alle andere robots vertelt wat ze moeten doen. Elke robot neemt zijn eigen beslissingen. Als één robot faalt in een zwerm, kan de zwerm nog steeds de taak voltooien.”

Om botsingen en verkeersopstoppingen te vermijden, coördineren de robots met elkaar. De grond onder de robots fungeert als een grid voor de algoritme, en elke robot is zich bewust van zijn positie op het grid door technologie die vergelijkbaar is met GPS.

Voordat ze van de ene plek naar de andere bewegen, vertrouwen de robots op sensoren om met elkaar te communiceren. Door dit te doen, kunnen ze bepalen of andere ruimtes op het grid leeg of bezet zijn.

“De robots weigeren om naar een plek te bewegen totdat die plek vrij is en totdat ze weten dat geen andere robots naar dezelfde plek bewegen,” zei Rubenstein. “Ze zijn voorzichtig en reserveren een ruimte van tevoren.”

De robots kunnen met elkaar communiceren om een vorm te vormen, en dit is mogelijk door de kortzichtigheid van de robots.

“Elke robot kan alleen drie of vier van zijn dichtstbijzijnde buren zien,” legde Rubenstein uit. “Ze kunnen niet over de hele zwerm heen kijken, wat het makkelijker maakt om het systeem te schalen. De robots interacteren lokaal om beslissingen te nemen zonder globale informatie.”

100 robots kunnen coördineren om een vorm te vormen binnen een minuut, in vergelijking met de uur die het in sommige eerdere benaderingen duurde. Rubenstein wil dat zijn algoritme wordt gebruikt in zowel zelfrijdende voertuigen als geautomatiseerde magazijnen.

“Grote bedrijven hebben magazijnen met honderden robots die taken uitvoeren die vergelijkbaar zijn met wat onze robots in het lab doen,” zei hij. “Ze moeten ervoor zorgen dat hun robots niet botsen, maar zo snel mogelijk naar de plek bewegen waar ze uiteindelijk een object aan een mens geven.”