“Глупые роботы” выполняют задачи, используя физические характеристики

Чтобы рои роботов могли действовать коллективно, исследователи должны хореографировать их взаимодействия, полагаясь на передовые алгоритмы и компоненты. Однако, если роботы простые и не имеют продвинутой программировки, согласованное поведение можно редко достичь.

Дана Рэндолл, профессор вычислительной техники ADVANCE, и Даниэль Голдман, профессор семьи Данн, возглавили команду исследователей в Georgia Institute of Technology, чтобы решить эту проблему. Команда поставила цель продемонстрировать, как простые роботы все еще могут выполнять задачи, которые выходят за рамки возможностей одного робота.

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances 23 апреля.

Глупые роботы выполняют сложные задачи

Называемые “глупыми роботами”, команда использовала то, что по сути были мобильными гранулярными частицами, и это то, что они пытались доказать, может выполнить сложные задачи. Исследователи сообщили, что они смогли удалить все датчики, связь, память и вычисления из роботов и использовали физические характеристики роботов, чтобы выполнить набор задач. Согласно команде, это свойство называется “воплощением задачи”.

BOBbots, что означает “поведение, организация, жужжание ботов”, были названы в честь Боба Бехрингера, пионера в области гранулярной физики.

Роботы “почти такие же глупые, как только можно”, говорит Рэндолл. “Их цилиндрический шасси имеют вибрирующие щетки снизу и свободные магниты на периферии, что заставляет их проводить больше времени в местах с большим количеством соседей”.

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

Компьютерные симуляции

Вместе с экспериментальной платформой команда также полагалась на точные компьютерные симуляции под руководством Шэнкай Ли, студента физического факультета Georgia Tech. Эти симуляции помогли изучить различные аспекты системы, которые не могли быть изучены в лаборатории.

BOBbots чрезвычайно просты, но исследователи все же продемонстрировали, что когда роботы движутся вместе и сталкиваются друг с другом, “компактные агрегаты образуются, которые способны коллективно очищать мусор, который слишком тяжел для одного робота, чтобы переместить его”, объясняет Голдман. “Хотя большинство людей строят все более сложные и дорогие роботы, чтобы гарантировать координацию, мы хотели увидеть, какие сложные задачи могут быть выполнены с помощью очень простых роботов”.

Работа команды была вдохновлена теоретической моделью частиц, движущихся по шахматной доске, и для изучения математической модели BOBbots была разработана теоретическая абстракция, называемая самоорганизующейся частицей. Используя теории вероятностей, статистическую физику и стохастические алгоритмы, команда смогла доказать, что по мере увеличения магнитных взаимодействий теоретическая модель проходит фазовый переход. Она быстро меняется от рассеянного до агрегированного, образуя компактные кластеры, подобные системам, таким как вода и лед.

Рэндолл также является профессором компьютерных наук и адъюнкт-профессором математики в Georgia Tech.

“Тщательный анализ не только показал нам, как построить BOBbots, но также раскрыл внутреннюю устойчивость нашего алгоритма, которая позволяла некоторым роботам быть неисправными или непредсказуемыми”, говорит Рэндолл.