فهرست مندرجات[پنهان شدن][نمایش]
هنگامی که کلنیهای مورچههای ارتش در جستجوی جنگل برای غذا یا آذوقه هستند، اغلب با شکافهای جغرافیایی مواجه میشوند که منفرد مورچهها نمیتوانند بر آن غلبه کنند.
بنابراین آنها پل ها را با استفاده از خود به جای شاخه ها یا برگ ها می سازند. حشرات بدون داشتن یک رهبر مشخص، تصمیم می گیرند که بدن خود را به هم بپیوندند تا پلی زنده تشکیل دهند که به برخی از مورچه ها اجازه عبور و رسیدن به جسم را می دهد.
این هوش ازدحام است که اغلب به عنوان شناخته می شود ازدحام هوش مصنوعی. این عبارت به رفتار جمعی هماهنگ و غیرمتمرکز عوامل بیولوژیکی یا مصنوعی اشاره دارد که برای دستیابی به اهداف هماهنگ عمل می کنند.
زنبورهای عسل زمانی که «زنبورهای پیشاهنگ» را برای یافتن کلنیهای جدید بالقوه میفرستند، از هوش گروهی استفاده میکنند. هنگامی که پرندگان به غرفه مهاجرت می کنند و گله هایی را برای جستجوی غذا تشکیل می دهند، نمونه کامل آن هستند.
علاوه بر این، ماهی ها از آن برای ایجاد مدرسه استفاده می کنند که به جای دو چشم، هزاران چشم برای مراقبت از شکارچیان به آنها می دهد. به عبارت دیگر قدرت و هوش در اعداد وجود دارد.
رشته رباتیک ازدحام، که تلاش میکند گروههایی از رباتهای پایه بسازد که با یکدیگر به شیوهای مستقل کار کنند تا وظایفی را انجام دهند که احتمالاً هیچ یک از رباتها به تنهایی قادر به انجام آنها نبوده است، انگیزه این رفتارهای جمعی حیوانات است.
رباتهای Swarm میتوانند کارهای پیچیده را بدون اینکه هزینهبر یا بسیار پیچیده باشند، انجام دهند.
در عوض، دستورالعملهای اساسی مانند «پیشرفت به سوی منبع نور» ممکن است توسط الگوریتمهایی به هر روبات اختصاص داده شود. سپس، از طریق تعاملات روباتها، رفتارهای پیچیده میتواند ایجاد شود.
اما در موقعیتهای دیگر، روباتها کار سختتری برای نشان دادن این ویژگیهای اضطراری دارند.
این مقاله به بررسی دقیق رباتیک ازدحام، از جمله ویژگیها، کاربردها و موارد دیگر میپردازد.
Swarm Robotics چیست؟
رباتیک ازدحام مطالعه این است که چگونه رباتها از نظر ساختار و رفتار ساده میتوانند ساخته شوند تا اطمینان حاصل شود که یک رفتار جمعی مطلوب از تعاملات محلی بین روباتها و تعاملات بین روباتها و محیط آنها پدیدار میشود.
رباتیک ازدحام، به بیان ساده، استفاده از بسیاری از روباتهایی است که با هم برای حل مشکلات از طریق ایجاد ساختارها و رفتارهای سودمند مانند آنچه در سیستمهای طبیعی مانند دستهای از زنبورها، پرندگان یا ماهیها دیده میشود، کار میکنند.
ایدههای هوش ازدحام یا رفتار جمعی سیستمهای غیرمتمرکز و خود سازماندهی شده، پایه و اساس رشته عملی رباتیک ازدحام (طبیعی یا مصنوعی) است.
تحقیقات در مورد هوش ازدحام به شدت تحت تأثیر سیستم های بیولوژیکی دیده شده در طبیعت است، مانند کلونی مورچه ها، مدارس ماهی، گله های پرندگان و غیره.
این دسته از گروههای طبیعی شامل افرادی با مهارتهای بسیار محدود و درک عمومی کمی از فعالیت یا اجتماع است.
با این حال، محققان نشان دادهاند که این دستهها میتوانند رفتار گروهی بسیار پیچیده و هوشمندانهای را از طریق تماس محلی با نزدیکترین همسایگان خود و انتقال اطلاعات مرتبط از خود نشان دهند.
رباتیک Swarm این ویژگی ها و مکاشفات را در خود جای داده است. هدف ایجاد ربات هایی است که به تنهایی دارای ساختار و رفتار بسیار ابتدایی بوده و قادر به انجام فعالیت های مورد نیاز نیستند.
با این حال، این روباتهای ساده با هم به عنوان یک گروه یا ازدحام برای انجام وظیفه مورد نیاز ارتباط برقرار میکنند و با هم کار میکنند، که منجر به شکلگیری رفتار پیچیده و عملی ازدحام میشود.
رباتهای Swarm در حال حاضر هم در فعالیتهای نظامی و هم در فعالیتهای اکتشافی استفاده میشوند. آنها ممکن است به زودی در بخش هایی از جمله معدن و کشاورزی حضور داشته باشند.
ربات های Swarm چگونه کار می کنند؟
رباتهای Swarm اغلب بسیار کمتر از رباتهای خودمختار استاندارد اندازهگیری میکنند (البته نه به اندازه یک نانوربات).
برای اینکه یک کار کامل شود، گروهی از روباتها، که میتوانند از چند ده تا بیش از هزار عدد متغیر باشند، باید بیعیب و نقص با هم کار کنند.
این امر با استفاده از نوعی سازمان به نام «هوش ازدحام» انجام میشود که سطح بالایی از انعطافپذیری را در سیستمی که از افراد زیادی تشکیل شده و توسط هیچیک از آنها کنترل نمیشود، ارتقا میدهد.
این بر اساس اصول بیولوژیکی است که در گله های حشرات خاص، حیوانات، گله های پرندگان و حتی ماهی ها مشاهده می شود.
رباتهای Swarm اساساً تلاش میکنند تا از تواناییهای این موجودات برای نمایش یک فعالیت جمعی در پاسخ به تحریکهای خارجی و به منظور تکمیل یک کار تقلید کنند.
درجه بالایی از افزونگی ماشین به یک گروه رباتیک اجازه می دهد تا به روشی مشابه عمل کند، به این معنی که از دست دادن یک یا حتی چند ربات به طور قابل توجهی بر توانایی گروه برای عملکرد به عنوان یک کل تأثیر نمی گذارد.
به همین دلیل، رباتهای ازدحام میتوانند به طور گسترده در طیف وسیعی از موقعیتها مستقر شوند و به صورت پویا خود را به منظور تکمیل یک کار علیرغم چالشهای موجود در مسیرشان توزیع کنند.
ویژگی های ربات های Swarm
- ازدحام ربات باید خودکفا باشد و بتواند محیط اطراف خود را شناسایی و به آن پاسخ دهد.
- ازدحام باید همگن باشد. می تواند چندین گروه بندی داشته باشد، اما نباید مقدار زیادی از آنها وجود داشته باشد.
- هر وظیفهای که برای انجام آن بهعنوان یک واحد مورد نیاز است، باید توسط تعداد کافی روبات پشتیبانی شود.
- همه رباتها فقط باید قابلیتهای حسی و ارتباطی محلی با همسایگان شرکای خود داشته باشند. این اطمینان می دهد که هماهنگی ازدحام پخش شده و سیستم مقیاس پذیر است.
- هر ربات در ازدحام باید برای دستیابی به هدف اصلی خود ناتوان و ناکارآمد باشد. بنابراین، آنها باید برای موفقیت و افزایش عملکرد با یکدیگر همکاری کنند.
اپلیکیشنها
امیدواریم بتوانیم برخی از چالش برانگیزترین مسائلی که در حال حاضر با آن روبرو هستیم را به لطف ربات های گروهی حل کنیم. می توانند درخواست دهند خلاقیت انسان تقریباً در هر شرایطی به لطف ظرفیت آنها در مقیاس و انطباق با هر محیطی.
به عنوان مثال، تحقیقات زیادی در مورد آن به عنوان یک استراتژی بالقوه برای حمایت از اکوسیستم های شکست خورده در مواجهه با تغییرات آب و هوا و سایر بلایای طبیعی انجام شده است.
رباتیک ازدحام این پتانسیل را دارد که برای تولید زنبورها و حشرات مصنوعی که ممکن است محصولات و سایر گیاهان مهم را گرده افشانی کنند تا بقای آنها را تضمین کند و از یک فاجعه فاجعه بار جلوگیری کند، بزرگتر شود.
وظایفی که باید در مکانهای بزرگ یا بدون ساختاری که هیچ زیرساختی برای مدیریت رباتها وجود ندارد، مانند شبکه ارتباطی قابل دسترس یا سیستم محلیسازی جهانی تکمیل شود، یکی دیگر از حوزههای کاربردی ممکن برای رباتیک ازدحام است.
ازدحام رباتها ممکن است برای این نوع کارها استفاده شوند، زیرا میتوانند به طور مستقل بدون کمک زیرساخت یا هماهنگی بیرونی عمل کنند.
اکتشاف سیارات زیر آب یا فرازمینی، نظارت، مین زدایی، و جستجو و نجات چند نمونه از مشاغل در محیط های بدون ساختار و عظیم است.
علاوه بر این، پیشنهاد شده است که تکنیک های رباتیک ازدحام ممکن است تقریباً به طور کامل جایگزین نیروهای معمولی شوند.
در قالب پهپادهای خودمختار، روباتها قبلاً به طور گسترده توسط چندین نیروی هوایی در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفتهاند، و نیروی دریایی ایالات متحده ناوگانهای روباتیکی را آزمایش کرده است که میتوانند فوراً به تهدیدات واکنش نشان دهند.
خوشبختانه، کاربردهای بسیار خوش خیم دیگری برای این فناوری وجود دارد. استفاده از رباتهای ازدحام برای مدیریت شبکهای از وسایل نقلیه زمینی یا هوایی یا ساخت یک مأموریت اکتشافی قوی ممکن است راه را برای وسایل نقلیه خودران هموار کند.
نتیجه
به طور خلاصه، Swarm Robotics در حال توسعه و رشد است و ویژگیهایی مانند استقلال ربات، کنترل غیرمتمرکز، ظرفیت تصمیمگیری گروهی، تحمل خطا بالا و غیره، Swarm Robotics را برای حل مسائل عملی مناسب میسازد.
کاربردهای آینده رباتیک ازدحام شامل تحویل هدفمند مواد، کشاورزی دقیق، پرینت سه بعدی دسته جمعی، نظارت، دفاع، عملیات جستجو و نجات و بسیاری موارد دیگر خواهد بود.
دو مشکل کلیدی که باید در این راه برطرف شوند، ساختن فرآیند تولید ازدحام از نظر اقتصادی مقرون به صرفه و توسعه یک رویکرد قابل اعتماد برای ساخت الگوریتم کنترل برای هر یک از اعضای گروه است.
پاسخ دهید