Roboty stadne pomagają samochodom autonomicznym unikać kolizji

Najwyższym priorytetem dla firm rozwijających samochody autonomiczne jest to, aby mogły one bezpiecznie nawigować i unikać wypadków lub powodować zatłoczenia. Northwestern University przybliżył tę rzeczywistość o krok, opracowując pierwszy zdecentralizowany algorytm z gwarancją bezkolizyjnego i bezdeadlockowego.

Algorytm został przetestowany przez badaczy w symulacji 1 024 robotów, a także w stadzie 100 prawdziwych robotów w laboratorium. W ciągu minuty roboty były w stanie niezawodnie, bezpiecznie i wydajnie zbiec się, aby utworzyć wcześniej określony kształt w czasie krótszym niż minuta.

Badanie zostało poprowadzone przez Michaela Rubensteina, profesora komputerowych nauk w Northwestern’s McCormick School of Engineering.

“Jeśli masz wiele autonomicznych pojazdów na drodze, nie chcesz, aby zderzyły się one nawzajem lub utknęły w martwym punkcie”, powiedział Rubenstein. “Poprzez zrozumienie, jak kontrolować nasze roboty stadne, aby tworzyły kształty, możemy zrozumieć, jak kontrolować floty autonomicznych pojazdów, gdy wchodzą one w interakcje ze sobą”.

Artykuł zostanie opublikowany w czasopiśmie IEEE Transactions on Robotics w tym miesiącu.

Istnieje zaleta w używaniu stada małych robotów w porównaniu z jednym dużym robotem lub stadem prowadzonym przez jednego robota; brak scentralizowanej kontroli. Scentralizowana kontrola może stać się główną przyczyną awarii, a zdecentralizowany algorytm Rubensteina działa jako zabezpieczenie.

“Jeśli system jest scentralizowany i robot przestaje działać, cały system ulega awarii”, powiedział Rubenstein. “W systemie zdecentralizowanym nie ma lidera, który mówi wszystkim innym robotom, co mają robić. Każdy robot podejmuje własne decyzje. Jeśli jeden robot ulega awarii w stadzie, stado może nadal wykonać zadanie”.

Aby uniknąć kolizji i zatłoczeń, roboty koordynują się nawzajem. Podłoga pod robotami działa jako siatka dla algorytmu, a każdy robot jest świadomy swojej pozycji na siatce dzięki technologii podobnej do GPS.

Przed przystąpieniem do ruchu z jednego miejsca do drugiego, każdy robot polega na czujnikach, aby komunikować się z innymi. Dzięki temu może określić, czy inne miejsca na siatce są wolne czy zajęte.

“Roboty odmawiają przesunięcia do miejsca, dopóki to miejsce nie jest wolne i dopóki nie wiedzą, że żaden inny robot nie porusza się do tego samego miejsca”, powiedział Rubenstein. “Są ostrożne i rezerwują miejsce z wyprzedzeniem”.

Roboty są w stanie komunikować się ze sobą, aby utworzyć kształt, a jest to możliwe dzięki krótkowzroczności robotów.

“Każdy robot może zobaczyć tylko trzech lub czterech swoich najbliższych sąsiadów”, wyjaśnił Rubenstein. “Nie mogą zobaczyć całego stada, co ułatwia skalowanie systemu. Roboty interaktywnie podejmują decyzje bez globalnej informacji”.

100 robotów może skoordynować się, aby utworzyć kształt w ciągu minuty, w porównaniu z godziną, jaką zajmowało to w niektórych poprzednich podejściach. Rubenstein chce, aby jego algorytm był używany zarówno w pojazdach autonomicznych, jak i w zautomatyzowanych magazynach.

“Duże firmy mają magazyny z setkami robotów wykonujących zadania podobne do tych, które nasze roboty wykonują w laboratorium”, powiedział. “Muszą upewnić się, że ich roboty nie zderzą się nawzajem, ale poruszą się jak najszybciej, aby dotrzeć do miejsca, w którym ostatecznie przekazują obiekt człowiekowi”.