Robôs em Enxame Ajudam Carros Autônomos a Evitar Colisões

A prioridade máxima para as empresas que desenvolvem veículos autônomos é que eles possam navegar com segurança e evitar colisões ou causar congestionamentos. A Northwestern University deu um passo importante em direção a essa realidade com o desenvolvimento do primeiro algoritmo descentralizado com garantia de colisão livre e sem deadlocks.

O algoritmo foi testado pelos pesquisadores em uma simulação de 1.024 robôs, bem como em um enxame de 100 robôs reais no laboratório. Em menos de um minuto, os robôs foram capazes de convergir de forma confiável, segura e eficiente para formar uma forma predeterminada.

O estudo foi liderado por Michael Rubenstein, professor de Ciência da Computação na Escola de Engenharia McCormick da Northwestern.

“Se você tiver muitos veículos autônomos na estrada, você não quer que eles colidam uns com os outros ou fiquem presos em um deadlock”, disse Rubenstein. “Ao entender como controlar nossos robôs em enxame para formar formas, podemos entender como controlar frotas de veículos autônomos enquanto eles interagem entre si.”

O artigo será publicado no jornal IEEE Transactions on Robotics no final deste mês.

Há uma vantagem em usar um enxame de robôs pequenos em comparação com um robô grande ou um enxame liderado por um robô; há uma falta de controle centralizado. O controle centralizado pode se tornar uma grande razão para falha, e o algoritmo descentralizado de Rubenstein atua como um fail-safe.

“Se o sistema for centralizado e um robô parar de funcionar, então o sistema inteiro falha”, disse Rubenstein. “Em um sistema descentralizado, não há um líder que diga a todos os outros robôs o que fazer. Cada robô toma suas próprias decisões. Se um robô falhar em um enxame, o enxame ainda pode realizar a tarefa.”

Para evitar colisões e congestionamentos, os robôs coordenam entre si. O chão sob os robôs atua como uma grade para o algoritmo, e cada robô é consciente de sua posição na grade devido à tecnologia semelhante ao GPS.

Antes de se mover de um local para outro, cada robô confia em sensores para se comunicar com os outros. Fazendo isso, é capaz de determinar se outros espaços na grade estão vazios ou ocupados.

“Os robôs se recusam a se mover para um local até que o local esteja livre e até que saibam que nenhum outro robô está se movendo para o mesmo local”, disse Rubenstein. “Eles são cuidadosos e reservam um espaço com antecedência.”

Os robôs são capazes de se comunicar entre si para formar uma forma, e isso é possível devido à miopia dos robôs.

“Cada robô só pode detectar três ou quatro de seus vizinhos mais próximos”, explicou Rubenstein. “Eles não podem ver o enxame inteiro, o que torna mais fácil dimensionar o sistema. Os robôs interagem localmente para tomar decisões sem informações globais.”

100 robôs podem coordenar para formar uma forma em menos de um minuto, em comparação com a hora que levou em algumas abordagens anteriores. Rubenstein quer que seu algoritmo seja usado tanto em veículos autônomos quanto em armazéns automatizados.

“Grandes empresas têm armazéns com centenas de robôs realizando tarefas semelhantes às que nossos robôs realizam no laboratório”, disse ele. “Eles precisam garantir que seus robôs não colidam, mas se movam o mais rápido possível para alcançar o local onde eventualmente entregam um objeto a um ser humano.”