“Dumme roboter” utfører oppgaver ved å utnytte fysiske egenskaper

For at sværmer av roboter skal kunne handle kollektivt, må forskerne koreografere deres interaksjoner ved å bruke avanserte algoritmer og komponenter. Men hvis robotene er enkle med mangelen på avansert programmering, kan koordinert atferd sjelden oppnås.

Dana Randall, ADVANCE Professor of Computing og Daniel Goldman, Dunn Family Professor, har ledet et team av forskere ved Georgia Institute of Technology for å løse dette problemet. Teamet satte ut til å demonstrere hvordan enkle roboter likevel kan utføre oppgaver som går utenfor evnen til en enkelt robot.

Forskningen ble publisert i tidsskriftet Science Advances den 23. april.

Dumme roboter utfører komplekse oppgaver

Betegnet som “dumme roboter”, brukte teamet hva som i realiteten var mobile granulære partikler, og disse var hva de satte ut til å bevise kunne utføre komplekse oppgaver. Forskerne rapporterte at de kunne fjerne alle sensorer, kommunikasjon, minne og beregning fra robotene, og at de utnyttet robotenes fysiske egenskaper til å fullføre en rekke oppgaver. Ifølge teamet kalles denne egenskapen “oppgave-inkorporering”.

BOB-robotene, som står for “behaving, organizing, buzzing bots”, ble navngitt etter Bob Behringer, en pionér innen granulær fysikk.

Robotene er “like dumme som de kan bli”, sier Randall. “Deres sylindriske chassis har vibrerende børster under og løse magneter på periferien, noe som får dem til å tilbringe mer tid på steder med flere naboer.”

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

Datamaskinsimuleringer

I tillegg til det eksperimentelle plattformen, brukte teamet også nøyaktige datamaskinsimuleringer ledet av Shengkai Li, en fysikkstudent ved Georgia Tech. Disse simuleringene hjalp til å studere ulike aspekter av systemet som ikke kunne undersøkes i laboratoriet.

BOB-robotene er ekstremt enkle, men forskerne demonstrerte likevel at når robotene beveger seg sammen og kolliderer med hverandre, “danner kompakte aggregater som er i stand til kollektivt å fjerne avfall som er for tungt for en enkelt å flytte”, forklarer Goldman. “Mens de fleste bygger stadig mer komplekse og dyre roboter for å garantere koordinering, ønsket vi å se hva komplekse oppgaver som kunne utføres med svært enkle roboter.”

Teamets arbeid var inspirert av en teoretisk modell av partikler som beveger seg på et sjakkbrett, og for å studere en matematisk modell av BOB-robotene, ble en teoretisk abstraksjon kalt et selvorganiserende partikelsystem utviklet. Ved å trekke fra sannsynlighetsteori, statistisk fysikk og stokastiske algoritmer, kunne teamet bevise at når magnetiske interaksjoner øker, går den teoretiske modellen gjennom en faseendring. Den endrer raskt fra spredt til aggregert, og danner kompakte kluster lignende systemer som vann og is.

Randall er også professor i datavitenskap og adjunktprofessor i matematikk ved Georgia Tech.

“Den strenge analysen viste oss ikke bare hvordan vi kunne bygge BOB-robotene, men avdekket også en innebygd robusthet i vår algoritme som tillot at noen av robotene kunne være feil eller uforutsigbare”, sier Randall.