«Глупые роботы» выполняют задачи, используя физические характеристики

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

Дана Рэндалл, профессор вычислительной техники, и Даниэль Голдман, профессор семьи Данн, возглавили команду исследователей в Технологическом институте Джорджии, чтобы решить эту проблему. Команда поставила цель продемонстрировать, как простые роботы 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 мобильные гранулярные частицы, и это то, что они попытались доказать, что могут 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, эта особенность называется «воплощением задачи».

BOBbots, что означает «поведенческие, организующие, жужжащие роботы», были названы в честь Боба Берингера, пионера гранулярной физики.

Роботы «так же глупы, как только можно», говорит Рэндалл. «Их цилиндрические шасси имеют вибрирующие щетки внизу 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 Шэнкая Ли, студента физического факультета Технологического института Джорджии. Эти симуляции помогли изучить различные аспекты системы, которые не могли быть изучены в лаборатории.

BOBbots чрезвычайно просты, но исследователи все равно 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», объясняет Голдман. «Хотя большинство людей строят все более сложные и дорогие роботы, чтобы гарантировать координацию, мы хотели увидеть, какие сложные задачи могут быть выполнены очень простыми роботами».

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 теорию вероятностей, статистическую физику и стохастические алгоритмы, команда смогла доказать, что по мере увеличения магнитных взаимодействий теоретическая модель проходит через фазовый переход. Она быстро меняется от рассеянного до агрегированного состояния, образуя компактные кластеры, подобные системам, таким как вода и лед.

Рэндалл также является профессором компьютерных наук и адъюнкт-профессором математики в Технологическом институте Джорджии.

«Тщательный анализ не только показал нам, как построить BOBbots, но также раскрыл внутреннюю прочность нашего алгоритма, которая позволила некоторым роботам быть неисправными или непредсказуемыми», говорит Рэндалл.