Роботы-стая помогают самоходным автомобилям избегать столкновений

Для компаний, разрабатывающих самоходные автомобили, главным приоритетом является возможность безопасного движения и избежания столкновений или создания пробок. Северо-Западный университет сделал этот шаг реальностью, разработав первый децентрализованный алгоритм с гарантией отсутствия столкновений и тупиков.

Алгоритм был протестирован исследователями в симуляции 1024 роботов, а также в ста реальных роботах в лаборатории. В течение минуты роботы смогли надежно, безопасно и эффективно сформировать заданную форму менее чем за минуту.

Исследование возглавил Майкл Рубенштейн, профессор компьютерных наук в школе инженерии Северо-Западного университета.

“Если у вас много автономных транспортных средств на дороге, вы не хотите, чтобы они сталкивались друг с другом или застревали в тупике”, – сказал Рубенштейн. “Понимая, как контролировать нашу стаю роботов, чтобы они формировали формы, мы можем понять, как контролировать флот автономных транспортных средств, когда они взаимодействуют друг с другом”.

Статья будет опубликована в журнале IEEE Transactions on Robotics в этом месяце.

Использование стаи небольших роботов имеет преимущу перед использованием одного большого робота или стаи, возглавляемой одним роботом, – это отсутствие централизованного контроля. Централизованный контроль может стать основной причиной неисправности, и алгоритм Рубенштейна действует как система защиты.

“Если система централизована и робот перестает работать, вся система выходит из строя”, – сказал Рубенштейн. “В децентрализованной системе нет лидера, который говорит всем другим роботам, что делать. Каждый робот принимает свои собственные решения. Если один робот выходит из строя в стае, стая все равно может выполнить задачу”.

Чтобы избежать столкновений и пробок, роботы координируют свои действия. Пол под роботами действует как сетка для алгоритма, и каждый робот знает свое положение на сетке благодаря технологии, подобной GPS.

Перед тем, как переместиться из одного места в другое, каждый робот полагается на датчики, чтобы общаться с другими роботами. Таким образом, он может определить, свободны ли другие места на сетке или заняты.

“Роботы отказываются перемещаться в место, пока это место не будет свободно и пока они не будут уверены, что другие роботы не перемещаются в то же место”, – сказал Рубенштейн. “Они осторожны и заранее резервируют место”.

Роботы могут общаться друг с другом, чтобы сформировать форму, и это возможно благодаря их “короткому видению”.

“Каждый робот может видеть только трех или четырех ближайших соседей”, – объяснил Рубенштейн. “Они не могут видеть всю стаю, что делает систему более масштабируемой. Роботы взаимодействуют локально, чтобы принимать решения без глобальной информации”.

100 роботов могут координировать свои действия, чтобы сформировать форму в течение минуты, по сравнению с часом, который потребовался в некоторых предыдущих подходах. Рубенштейн хочет, чтобы его алгоритм использовался как в самоходных автомобилях, так и в автоматизированных складах.

“Большие компании имеют склады с сотнями роботов, выполняющих задачи, подобные тем, которые наши роботы выполняют в лаборатории”, – сказал он. “Им нужно убедиться, что их роботы не сталкиваются и могут двигаться как можно быстрее, чтобы достичь места, где они в конечном итоге передают объект человеку”.