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Wenn Armeeameisenkolonien den Wald nach Nahrung oder Vorräten durchsuchen, stoßen sie häufig auf geografische Lücken, die einzelne Ameisen nicht überwinden können.
Also bauen sie Brücken aus sich selbst und nicht aus Zweigen oder Blättern. Ohne einen klaren Anführer entscheiden sich die Insekten irgendwie, ihre Körper zu verbinden, um eine lebende Brücke zu bilden, die es einigen der Ameisen ermöglicht, das Objekt zu passieren und zu erreichen.
Das ist Schwarmintelligenz, oft auch bekannt als Schwarm künstliche Intelligenz. Der Ausdruck bezieht sich auf das koordinierte, dezentralisierte kollektive Verhalten von biologischen oder künstlichen Wirkstoffen, die zusammenarbeiten, um Ziele zu erreichen.
Honigbienen nutzen Schwarmintelligenz, wenn sie „Kundschafterbienen“ aussenden, um potenzielle neue Kolonien zu lokalisieren. Wenn Vögel zu Schlafplätzen ziehen und Herden bilden, um nach Nahrung zu suchen, sind sie das perfekte Beispiel dafür.
Darüber hinaus bilden Fische damit Schwärme, die ihnen Tausende von Augen statt nur zwei geben, um nach Raubtieren Ausschau zu halten. Mit anderen Worten, es gibt Macht und Intelligenz in Zahlen.
Die Disziplin der Schwarmrobotik, die versucht, Gruppen von einfachen Robotern aufzubauen, die autonom zusammenarbeiten, um Aufgaben auszuführen, die ein einzelner Roboter wahrscheinlich nicht alleine bewältigen könnte, wird durch dieses kollektive Tierverhalten motiviert.
Schwarmroboter können komplizierte Aufgaben erledigen, ohne kostspielig oder sehr ausgeklügelt zu sein.
Stattdessen könnten einfache Anweisungen wie „Vorwärts auf eine Lichtquelle“ von Algorithmen jedem einzelnen Roboter zugewiesen werden. Dann können sich über die Interaktionen der Roboter ausgeklügelte Verhaltensweisen entwickeln.
Aber in anderen Situationen haben Roboter es schwerer, diese emergenten Eigenschaften zu zeigen.
In diesem Artikel wird die Schwarmrobotik, einschließlich ihrer Eigenschaften, Anwendungen und mehr, genau untersucht.
Was ist Schwarmrobotik?
Schwarmrobotik ist die Untersuchung, wie einfach in Struktur und Verhalten Roboter gebaut werden könnten, um sicherzustellen, dass ein wünschenswertes kollektives Verhalten aus lokalen Interaktionen zwischen den Robotern und Interaktionen zwischen den Robotern und ihrer Umgebung entsteht.
Schwarmrobotik ist, einfach ausgedrückt, der Einsatz vieler Roboter, die zusammenarbeiten, um Probleme zu lösen, indem sie vorteilhafte Strukturen und Verhaltensweisen entwickeln, wie sie in natürlichen Systemen wie Bienen-, Vogel- oder Fischschwärmen zu sehen sind.
Die Ideen der Schwarmintelligenz oder des kollektiven Verhaltens dezentraler, selbstorganisierter Systeme sind die Grundlage der praktischen Disziplin der Schwarmrobotik (natürlich oder künstlich).
Die Forschung zur Schwarmintelligenz wird stark von in der Natur vorkommenden biologischen Systemen wie Ameisenkolonien, Fischschwärmen, Vogelschwärmen etc. beeinflusst.
Diese Art natürlicher Schwärme enthält Personen mit sehr begrenzten Fähigkeiten und wenig allgemeinem Verständnis für die Aktivität oder die Gemeinschaft.
Forscher haben jedoch gezeigt, dass diese Schwärme durch lokalen Kontakt mit ihren nächsten Nachbarn und dem damit verbundenen Informationstransfer ein sehr kompliziertes und intelligentes Gruppenverhalten zeigen können.
Schwarmrobotik beinhaltet diese Eigenschaften und Offenbarungen. Das Ziel ist es, Roboter zu schaffen, die von sich aus extrem einfache Strukturen und Verhaltensweisen haben und nicht in der Lage sind, die erforderliche Aktivität auszuführen.
Diese einfachen Roboter kommunizieren und arbeiten jedoch als Gruppe oder Schwarm zusammen, um die erforderliche Aufgabe zu erfüllen, was zur Bildung eines komplizierten, praktischen Schwarmverhaltens führt.
Schwarmroboter werden derzeit sowohl bei militärischen als auch bei Erkundungsaktivitäten eingesetzt. Sie könnten bald in Sektoren wie Bergbau und Landwirtschaft präsent sein.
Wie funktionieren Swarm-Roboter?
Schwarmroboter messen oft viel weniger als autonome Standardroboter (wenn auch nicht annähernd so klein wie ein Nanobot).
Damit eine Aufgabe erledigt werden kann, muss ein Schwarm von Robotern, deren Größe von einigen Dutzend bis zu über Tausend reichen kann, reibungslos zusammenarbeiten.
Dies wird durch eine Organisationsform namens „Schwarmintelligenz“ erreicht, die eine hohe Flexibilität in einem System fördert, das aus vielen Individuen besteht, aber von keinem von ihnen kontrolliert wird.
Dies basiert auf biologischen Prinzipien, die in Herden bestimmter Insekten, Tiere, Vogelschwärme und sogar Fischschwärme beobachtet werden.
Schwarmroboter versuchen im Wesentlichen, die Fähigkeiten dieser Kreaturen nachzuahmen, eine kollektive Aktivität als Reaktion auf externe Stimulation zu zeigen und eine Aufgabe zu erledigen.
Ein hohes Maß an Maschinenredundanz ermöglicht es einem Roboterschwarm, auf ähnliche Weise zu arbeiten, was bedeutet, dass der Verlust eines oder sogar weniger Roboter die Funktionsfähigkeit des Schwarms als Ganzes nicht wesentlich beeinträchtigt.
Aus diesem Grund können Schwarmroboter umfassend in einer Reihe von Situationen eingesetzt werden und sich dynamisch verteilen, um eine Aufgabe trotz der Herausforderungen auf ihrem Weg zu erledigen.
Eigenschaften von Schwarmrobotern
- Der Roboterschwarm muss autark sein und in der Lage sein, seine Umgebung zu erkennen und darauf zu reagieren.
- Der Schwarm sollte homogen sein; Es kann mehrere Gruppierungen haben, aber es sollte nicht zu viele davon geben.
- Jede Aufgabe, die ein Schwarm von Robotern als Einheit erledigen soll, muss von einer ausreichenden Anzahl von Robotern unterstützt werden.
- Alle Roboter müssen nur über lokale Wahrnehmungs- und Kommunikationsfähigkeiten mit den Nachbarn ihrer Schwarmpartner verfügen. Dies stellt sicher, dass die Koordination des Schwarms verteilt ist und das System skalierbar ist.
- Jeder Roboter im Schwarm muss im Hinblick auf das Erreichen seines primären Ziels inkompetent und ineffektiv sein; Daher müssen sie zusammenarbeiten, um erfolgreich zu sein und die Leistung zu steigern.
Anwendungen
Dank Schwarmrobotern werden wir hoffentlich in der Lage sein, einige der schwierigsten Probleme zu lösen, mit denen wir derzeit konfrontiert sind. Sie können sich bewerben menschliche Kreativität Dank ihrer Skalierbarkeit und Anpassung an jede Umgebung an fast alle Umstände anpassen.
Zum Beispiel wurde viel darüber geforscht als mögliche Strategie zur Unterstützung versagender Ökosysteme angesichts des Klimawandels und anderer Naturkatastrophen.
Schwarmrobotik hat das Potenzial, skaliert zu werden, um synthetische Bienen und Insekten zu produzieren, die Nutzpflanzen und andere wichtige Pflanzen bestäuben könnten, um ihr Überleben zu sichern und eine katastrophale Katastrophe abzuwenden.
Aufgaben, die an riesigen oder unstrukturierten Orten erledigt werden müssen, an denen es keine Infrastruktur gibt, die zur Verwaltung der Roboter genutzt werden kann, wie z. B. kein zugängliches Kommunikationsnetzwerk oder globales Lokalisierungssystem, sind ein weiterer möglicher Anwendungsbereich für Schwarmrobotik.
Roboterschwärme könnten für diese Art von Aufgaben eingesetzt werden, da sie ohne die Hilfe von Infrastruktur oder externer Koordination unabhängig funktionieren können.
Erforschung von Planeten unter Wasser oder außerirdischen Planeten, Überwachung, Minenräumung sowie Suche und Rettung sind einige Beispiele für Jobs in unstrukturierten und riesigen Umgebungen.
Darüber hinaus wurde vorgeschlagen, dass Techniken der Schwarmrobotik verwendet werden könnten, um konventionelle Streitkräfte fast vollständig zu ersetzen.
In Form autonomer Drohnen werden Roboter bereits von mehreren Luftstreitkräften auf der ganzen Welt eingesetzt, und die US-Marine hat mit Roboterflotten experimentiert, die sofort auf Bedrohungen reagieren können.
Glücklicherweise gibt es andere, viel harmlosere Anwendungen für diese Technologie. Der Einsatz von Schwarmrobotern zur Verwaltung eines Netzwerks von Boden- oder Luftfahrzeugen oder zum Aufbau einer robusten Erkundungsmission könnte den Weg für autonome Fahrzeuge ebnen.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Swarm Robotics sich entwickelt und wächst, und Merkmale wie Roboterautonomie, dezentrale Steuerung, die Fähigkeit zur Gruppenentscheidung, hohe Fehlertoleranz usw. machen Swarm Robotics gut geeignet, um praktische Probleme zu lösen.
Zukünftige Anwendungen für Schwarmrobotik umfassen die gezielte Materiallieferung, präzise Landwirtschaft, Schwarm-3D-Druck, Überwachung, Verteidigung, Such- und Rettungsaktionen und vieles mehr.
Die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsprozesses des Schwarms und die Entwicklung eines zuverlässigen Ansatzes zur Konstruktion des Steueralgorithmus für jedes Mitglied des Schwarms sind zwei der Schlüsselprobleme, die auf dem Weg überwunden werden müssen.
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