Roboții „proști” îndeplinesc sarcini prin exploatarea caracteristicilor fizice

Pentru ca roiurile de roboți să acționeze colectiv, cercetătorii trebuie să coreografieze interacțiunile lor prin utilizarea unor algoritmi avansați și componente. Cu toate acestea, dacă roboții sunt simpli și lipsiți de programe avansate, comportamentul coordonat poate fi rareori realizat.

Dana Randall, profesor ADVANCE de calculatoare și Daniel Goldman, profesor Dunn Family, au condus o echipă de cercetători de la Georgia Institute of Technology pentru a aborda această problemă. Echipa a încercat să demonstreze cum roboții simpli pot îndeplini sarcini care depășesc capacitățile unui singur robot.

Cercetarea a fost publicată în revista Science Advances pe 23 aprilie.

Roboții „proști” îndeplinesc sarcini complexe

Denumiți „roboți proști”, echipa a folosit particule granulare mobile, și acestea sunt ceea ce au încercat să demonstreze că pot îndeplini sarcini complexe. Cercetătorii au raportat că au putut să înlăture toate senzorii, comunicațiile, memoria și calculul de la roboți și au exploatat caracteristicile fizice ale roboților pentru a completa o serie de sarcini. Conform echipei, această trăsătură se numește „încorporare sarcină”.

BOBbot-urile, care înseamnă „roboți care se comportă, organizează, vibrează”, au fost numite după Bob Behringer, un pionier în fizica granulară.

Roboții sunt „la fel de proști pe cât se poate”, spune Randall. „Carcasele lor cilindrice au perii vibrante dedesubt și magneți liberi pe periferie, ceea ce îi face să petreacă mai mult timp în locuri cu mai mulți vecini.”

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

Simulări pe computer

Împreună cu platforma experimentală, echipa a folosit și simulări precise pe computer conduse de Shengkai Li, un student de fizică de la Georgia Tech. Aceste simulări au ajutat la studierea diferitelor aspecte ale sistemului care nu au putut fi examinate în laborator.

BOBbot-urile sunt extrem de simple, dar cercetătorii au demonstrat totuși că atunci când roboții se mișcă împreună și se ciocnesc, „se formează agregate compacte care sunt capabile să înlăture în mod colectiv resturi care sunt prea grele pentru a fi mutate de un singur robot”, explică Goldman. „În timp ce majoritatea oamenilor construiesc roboți din ce în ce mai complexi și scumpi pentru a garanta coordonarea, am vrut să vedem ce sarcini complexe pot fi îndeplinite cu roboți foarte simpli.”

Lucrarea echipei a fost inspirată de un model teoretic de particule care se mișcă pe o tablă de șah, și pentru a studia un model matematic al BOBbot-urilor, a fost dezvoltat un sistem de particule auto-organizate. Prin utilizarea teoriei probabilității, fizicii statistice și algoritmilor stocaști, echipa a putut demonstra că pe măsură ce interacțiunile magnetice cresc, modelul teoretic trece printr-o schimbare de fază. Se schimbă rapid de la dispersat la agregat, formând cluster compacte similare cu sisteme precum apa și gheața.

Randall este, de asemenea, profesor de științe computaționale și profesor adjunct de matematică la Georgia Tech.

„Analiza riguroasă ne-a arătat nu numai cum să construim BOBbot-urile, dar a și dezvăluit o robustețe inerentă a algoritmului nostru care a permis unor roboți să fie defectuoși sau imprevizibili”, spune Randall.