Indholdsfortegnelse[Skjule][At vise]
Når hærens myrekolonier søger i skoven efter mad eller forsyninger, støder de ofte på geografiske huller, som individuelle myrer ikke kan overvinde.
Så de bygger broer ved at bruge sig selv i stedet for kviste eller blade. Uden en klar leder med ansvar beslutter insekterne på en eller anden måde at samle deres kroppe for at danne en levende bro, der tillader nogle af myrerne at passere og nå objektet.
Dette er sværm-intelligens, ofte kendt som sværm kunstig intelligens. Udtrykket refererer til den koordinerede, decentraliserede kollektive adfærd af biologiske eller kunstige agenser, der handler i forening for at nå mål.
Honningbier bruger sværm-intelligens, når de sender "spejderbier" ud for at lokalisere potentielle nye kolonier. Når fugle trækker til sovepladser og danner flokke for at søge efter føde, er de det perfekte eksempel på det.
Derudover bruger fisk det til at skabe stimer, hvilket giver dem tusindvis af øjne i stedet for kun to til at passe på rovdyr. Der er med andre ord magt og intelligens i tal.
Disciplinen sværmrobotik, som forsøger at bygge grupper af grundlæggende robotter, der arbejder sammen på en autonom måde for at udføre opgaver, som enhver af de individuelle robotter sandsynligvis ikke kunne klare på egen hånd, er motiveret af denne kollektive dyreadfærd.
Sværmrobotter kan udføre komplicerede opgaver uden at være dyre eller meget sofistikerede.
I stedet kan grundlæggende direktiver som "fremrykning mod en lyskilde" blive tildelt af algoritmer til hver enkelt robot. Derefter kan der via robotternes interaktioner udvikles sofistikeret adfærd.
Men i andre situationer har robotter sværere ved at udvise disse nye egenskaber.
Denne artikel vil nøje undersøge sværmrobotik, herunder dens egenskaber, applikationer og mere.
Hvad er Swarm Robotics?
Swarm-robotics er studiet af, hvor enkle robotter i struktur og adfærd kunne bygges for at sikre, at en ønskværdig kollektiv adfærd opstår fra lokale interaktioner mellem robotterne og interaktioner mellem robotterne og deres omgivelser.
Sværmrobotik, for at sige det enkelt, er brugen af mange robotter, der arbejder sammen om at løse problemer ved at udvikle fordelagtige strukturer og adfærd som dem, der ses i naturlige systemer som bisværme, fugle eller fisk.
Idéerne om sværm-intelligens eller decentraliserede, selvorganiserede systemers kollektive adfærd er grundlaget for den praktiske disciplin af sværmrobotik (naturlig eller kunstig).
Forskning i sværm intelligens er stærkt påvirket af biologiske systemer set i naturen, såsom myrekolonier, fiskeskoler, flokke af fugle mv.
Disse slags naturlige sværme indeholder individer med meget begrænsede færdigheder og ringe generel forståelse af aktiviteten eller samfundet.
Forskere har dog vist, at disse sværme kan udvise meget indviklet og intelligent gruppeadfærd gennem lokal kontakt med deres nærmeste naboer og den tilhørende overførsel af information.
Swarm-robotik inkorporerer disse egenskaber og åbenbaringer. Målet er at skabe robotter, der på egen hånd har ekstremt grundlæggende strukturer og adfærd og er ude af stand til at udføre den nødvendige aktivitet.
Disse ligetil robotter kommunikerer imidlertid og arbejder sammen som en gruppe eller sværm for at udføre den nødvendige opgave, hvilket resulterer i dannelsen af kompliceret, praktisk sværmadfærd.
Sværmrobotter bruges i øjeblikket i både militære og udforskende aktiviteter. De kan snart være til stede i sektorer, herunder minedrift og landbrug.
Hvordan fungerer Swarm-robotter?
Swarm-robotter måler ofte meget mindre end standard autonome robotter (dog ikke nær så lille som en nanobot).
For at en opgave skal fuldføres, skal en sværm af robotter, som kan variere i størrelse fra et par dusin til over tusind, fungere fejlfrit sammen.
Dette opnås ved hjælp af en type organisation kendt som "sværm-intelligens", som fremmer et højt niveau af fleksibilitet i et system, der består af mange individer, men alligevel kontrolleres af ingen af dem.
Dette er baseret på biologiske principper, der observeres i flokke af visse insekter, dyr, flokke af fugle og endda fiskestimer.
Sværmrobotter forsøger i det væsentlige at efterligne disse væseners evner til at vise en kollektiv aktivitet som svar på ekstern stimulation og for at fuldføre en opgave.
En høj grad af maskinredundans gør det muligt for en robotsværm at fungere på en lignende måde, hvilket betyder, at tabet af en eller endda nogle få robotter ikke vil påvirke sværmens evne til at fungere som helhed væsentligt.
På grund af dette er sværmrobotter i stand til i vid udstrækning at blive indsat i en række situationer og dynamisk distribuere sig selv for at fuldføre en opgave på trods af de udfordringer, der er på deres vej.
Karakteristika for sværmrobotter
- Robotsværmen skal være selvforsynende og i stand til at detektere og reagere på sine omgivelser.
- Sværmen skal være homogen; den kan have flere grupperinger, men der bør ikke være en overdreven mængde af dem.
- Hver opgave, som en sværm af robotter skal udføre som en enhed, skal understøttes af et tilstrækkeligt antal robotter.
- Alle robotterne skal kun have lokale sansnings- og kommunikationsmuligheder med deres sværmpartneres naboer. Dette sikrer, at sværmens koordination er spredt, og at systemet er skalerbart.
- Hver robot i sværmen skal være inkompetent og ineffektiv med hensyn til at nå sit primære mål; derfor skal de arbejde sammen for at få succes og øge ydeevnen.
Applikationer
Vi vil forhåbentlig være i stand til at løse nogle af de mest udfordrende problemer, vi står over for lige nu takket være sværmrobotter. De kan ansøge menneskelig kreativitet til næsten enhver omstændighed takket være deres evne til at skalere og tilpasse sig ethvert miljø.
For eksempel har der været meget forskning i det som en potentiel strategi til at støtte svigtende økosystemer i lyset af klimaændringer og andre naturkatastrofer.
Swarm-robotik har potentialet til at blive opskaleret til at producere syntetiske bier og insekter, der kan bestøve afgrøder og andre vigtige planter for at sikre deres overlevelse og afværge en katastrofal katastrofe.
Opgaver, der skal udføres på store eller ustrukturerede steder, hvor der ikke er nogen infrastruktur, der kan bruges til at styre robotterne, såsom intet tilgængeligt kommunikationsnetværk eller globalt lokaliseringssystem, er et andet muligt applikationsdomæne for sværmrobotik.
Robotsværme kan bruges til denne slags opgaver, da de kan fungere uafhængigt uden hjælp fra nogen infrastruktur eller ekstern koordinering.
Undersøisk eller udenjordisk planetarisk udforskning, overvågning, minerydning og eftersøgning og redning er nogle få eksempler på job i ustrukturerede og enorme miljøer.
Derudover er det blevet foreslået, at sværmrobotteknikker kan bruges til næsten helt at erstatte konventionelle kræfter.
I form af autonome droner er robotter allerede blevet meget brugt af adskillige luftstyrker over hele verden, og den amerikanske flåde har eksperimenteret med robotflåder, der kan reagere på trusler øjeblikkeligt.
Heldigvis er der andre, meget mere godartede applikationer til denne teknologi. Ansættelsen af sværmrobotter til at styre et netværk af jord- eller luftbårne køretøjer eller til at bygge en robust udforskningsmission kan bane vejen for autonome køretøjer.
Konklusion
For at opsummere udvikler og vokser Swarm Robotics, og funktioner som robotautonomi, decentral kontrol, kapacitet til gruppebeslutninger, høj fejltolerance osv. gør Swarm Robotics velegnet til at løse praktiske problemer.
Fremtidige anvendelser af sværmrobotik vil omfatte målrettet materialelevering, præcist landbrug, sværm-3D-print, overvågning, forsvar, eftersøgnings- og redningsoperationer og mange flere.
At gøre sværmens fremstillingsproces økonomisk rentabel og udvikle en pålidelig tilgang til at konstruere kontrolalgoritmen for hvert medlem af sværmen er to af nøgleproblemerne, der skal overvindes undervejs.
Giv en kommentar