Sisällysluettelo[Piilottaa][Näytä]
Kun armeijan muurahaisyhdyskunnat etsivät metsästä ruokaa tai tarvikkeita, ne törmäävät usein maantieteellisiin aukkoihin, joita yksittäiset muurahaiset eivät voi voittaa.
Joten he rakentavat siltoja käyttämällä itseään oksien tai lehtien sijaan. Ilman selkeää johtajaa hyönteiset päättävät jotenkin liittää ruumiinsa yhteen muodostaakseen elävän sillan, jonka avulla osa muurahaisista pääsee ohi ja saavuttaa kohteen.
Tämä on parviälyä, joka tunnetaan usein nimellä parvi tekoälyä. Ilmaus viittaa biologisten tai keinotekoisten tekijöiden koordinoituun, hajautettuun kollektiiviseen käyttäytymiseen, jotka toimivat yhdessä tavoitteiden saavuttamiseksi.
Hunajamehiläiset käyttävät parviälyä lähettäessään "partiomehiläisiä" paikantamaan mahdollisia uusia yhdyskuntia. Kun linnut muuttavat yöpymisille ja muodostavat parvia etsimään ruokaa, ne ovat täydellinen esimerkki siitä.
Lisäksi kalat käyttävät sitä parvien luomiseen, mikä antaa niille tuhansia silmiä kahden sijaan, jotta he voivat varoa saalistajia. Toisin sanoen numeroissa on voimaa ja älykkyyttä.
Parvirobotiikan kurinalaisuus, joka yrittää rakentaa perusrobottien ryhmiä, jotka työskentelevät yhdessä itsenäisesti suorittamaan tehtäviä, joita yksikään yksittäisistä roboteista ei luultavasti pystyisi suorittamaan yksin, on motivoitunut näiden eläinten kollektiiviseen käyttäytymiseen.
Parvirobotit voivat suorittaa monimutkaisia tehtäviä ilman, että ne ovat kalliita tai erittäin kehittyneitä.
Sen sijaan algoritmit voivat määrittää kullekin yksittäiselle robotille perusohjeet, kuten "etene kohti valonlähdettä". Sitten robottien vuorovaikutuksen kautta voi kehittyä kehittyneitä käyttäytymismalleja.
Mutta muissa tilanteissa robottien on vaikeampi näyttää näitä esiin nousevia ominaisuuksia.
Tässä artikkelissa tarkastellaan tiiviisti parvirobotiikkaa, mukaan lukien sen ominaisuuksia, sovelluksia ja paljon muuta.
Mikä on Swarm Robotics?
Parvirobotiikka on tutkimus siitä, kuinka yksinkertaisia rakenteeltaan ja käytökseltään robotteja voidaan rakentaa varmistamaan, että robottien välisestä paikallisesta vuorovaikutuksesta sekä robottien ja niiden ympäristön välisestä vuorovaikutuksesta syntyy toivottu kollektiivinen käyttäytyminen.
Yksinkertaisesti sanottuna parvirobotiikka on sitä, että monet robotit työskentelevät yhdessä ongelmien ratkaisemiseksi kehittämällä edullisia rakenteita ja käyttäytymismalleja, kuten luonnollisissa järjestelmissä, kuten mehiläis-, lintu- tai kalaparveissa.
Ajatukset parviälystä tai hajautettujen, itseorganisoituneiden järjestelmien kollektiivisesta käyttäytymisestä ovat parvirobotiikan (luonnollisen tai keinotekoisen) käytännön kurinalaisuuden perusta.
Parvien älykkyyden tutkimukseen vaikuttavat voimakkaasti luonnossa näkyvät biologiset järjestelmät, kuten muurahaisyhdyskunnat, kalaparvet, lintuparvet jne.
Tällaisissa luonnollisissa parvissa on yksilöitä, joilla on hyvin rajalliset taidot ja vähän yleistä ymmärrystä toiminnasta tai yhteisöstä.
Tutkijat ovat kuitenkin osoittaneet, että nämä parvet voivat osoittaa erittäin monimutkaista ja älykästä ryhmäkäyttäytymistä lähimpien naapureidensa kanssa paikallisen yhteydenpidon ja siihen liittyvän tiedonsiirron kautta.
Swarm robotiikka sisältää nämä ominaisuudet ja paljastukset. Tavoitteena on luoda robotteja, joilla on äärimmäisen perusrakenteet ja -käyttäytymiset ja jotka eivät pysty suorittamaan vaadittua toimintaa.
Nämä suoraviivaiset robotit kuitenkin kommunikoivat ja työskentelevät yhdessä ryhmänä tai parvena suorittaakseen vaaditun tehtävän, mikä johtaa monimutkaisen, käytännöllisen parvikäyttäytymisen muodostumiseen.
Parvirobotteja käytetään tällä hetkellä sekä sotilaallisessa että tutkimustoiminnassa. Niitä saattaa pian esiintyä aloilla, kuten kaivosteollisuudessa ja maataloudessa.
Kuinka Swarm-robotit toimivat?
Parvirobotit mittaavat usein paljon vähemmän kuin tavalliset autonomiset robotit (tosin eivät läheskään niin pieniä kuin nanobotit).
Tehtävän suorittamiseksi robottiparven, jonka koko voi vaihdella muutamasta kymmenestä yli tuhanteen, on toimittava yhdessä virheettömästi.
Tämä saavutetaan käyttämällä organisaatiotyyppiä, joka tunnetaan nimellä "parviäly", joka edistää suurta joustavuutta järjestelmässä, joka koostuu monista yksilöistä, mutta yksikään heistä ei ole sitä hallitseva.
Tämä perustuu biologisiin periaatteisiin, joita havaitaan tiettyjen hyönteisten, eläinten, lintuparvien ja jopa kalaparvien laumoissa.
Parvirobotit yrittävät pohjimmiltaan matkia näiden olentojen kykyä osoittaa kollektiivista toimintaa vasteena ulkoiselle stimulaatiolle ja suorittaakseen tehtävän.
Koneen korkea redundanssi mahdollistaa robottiparven toiminnan samalla tavalla, mikä tarkoittaa, että yhden tai jopa muutaman robotin katoaminen ei vaikuta merkittävästi parven kykyyn toimia kokonaisuutena.
Tämän ansiosta parvirobotit voidaan ottaa käyttöön laajasti erilaisissa tilanteissa ja jakaa itsensä dynaamisesti suorittamaan tehtävänsä huolimatta niiden tielle asetetuista haasteista.
Parvirobottien ominaisuudet
- Robottiparven on oltava omavarainen ja kyettävä havaitsemaan ympäristönsä ja reagoimaan siihen.
- Parven tulee olla homogeeninen; siinä voi olla useita ryhmiä, mutta niitä ei saa olla liikaa.
- Jokaisen tehtävän, joka robottiparven on tehtävä yksikkönä, on tuettava riittävä määrä robotteja.
- Kaikilta roboteilta vaaditaan vain paikallisia tunnistus- ja viestintäominaisuuksia parvikumppaniensa naapureiden kanssa. Tämä varmistaa, että parven koordinaatio on hajautunut ja järjestelmä on skaalautuva.
- Jokaisen parven robotin on oltava epäpätevä ja tehoton ensisijaisen tavoitteensa saavuttamisessa; Siksi heidän on työskenneltävä yhdessä menestyäkseen ja lisätäkseen suorituskykyä.
Sovellukset
Parvirobottien ansiosta voimme toivottavasti ratkaista joitain haastavimmista ongelmista, joita kohtaamme tällä hetkellä. He voivat hakea ihmisen luovuutta lähes kaikkiin olosuhteisiin, koska ne skaalautuvat ja mukautuvat mihin tahansa ympäristöön.
Esimerkiksi sitä on tutkittu paljon mahdollisena strategiana, jolla tuetaan epäonnistuneita ekosysteemejä ilmastonmuutoksen ja muiden luonnonkatastrofien edessä.
Parvirobotiikkaa voidaan laajentaa tuottamaan synteettisiä mehiläisiä ja hyönteisiä, jotka saattavat pölyttää satoja ja muita tärkeitä kasveja, jotta voidaan varmistaa niiden selviytyminen ja välttää katastrofaalinen katastrofi.
Tehtävät, jotka on suoritettava valtavissa tai rakenteemattomissa paikoissa, joissa ei ole robottien hallintaan käytettävää infrastruktuuria, kuten ei saavutettavissa olevaa viestintäverkkoa tai globaalia lokalisointijärjestelmää, ovat toinen mahdollinen sovellusalue parvirobotiikalle.
Robottiparvia voidaan käyttää tällaisiin tehtäviin, koska ne voivat toimia itsenäisesti ilman minkään infrastruktuurin tai ulkopuolisen koordinoinnin apua.
Vedenalainen tai maan ulkopuolinen planeettojen tutkimus, seuranta, miinanraivaus sekä etsintä ja pelastus ovat muutamia esimerkkejä tehtävistä rakenteettomissa ja valtavissa ympäristöissä.
Lisäksi on ehdotettu, että parvirobotiikkatekniikoita voitaisiin käyttää korvaamaan lähes kokonaan tavanomaiset voimat.
Autonomisten droonien muodossa robotteja on jo laajalti käytetty useissa ilmavoimissa eri puolilla maailmaa, ja Yhdysvaltain laivasto on kokeillut robottilaivastoja, jotka voivat reagoida uhkiin välittömästi.
Onneksi tälle tekniikalle on muita, paljon hyvänlaatuisempia sovelluksia. Parvirobottien käyttö maa- tai ilma-ajoneuvojen verkoston hallinnassa tai vankan tutkimustehtävän rakentamisessa saattaa tasoittaa tietä autonomisille ajoneuvoille.
Yhteenveto
Yhteenvetona voidaan todeta, että Swarm Robotics kehittyy ja kasvaa, ja ominaisuudet, kuten robotin autonomia, hajautettu ohjaus, ryhmäpäätöksentekokyky, korkea vikasietokyky jne. tekevät Swarm Roboticsista hyvin soveltuvan käytännön ongelmien ratkaisemiseen.
Parvirobotiikan tulevaisuuden käyttötarkoituksia ovat kohdennettu materiaalin toimitus, tarkka viljely, parvi 3D-tulostus, valvonta, puolustus, etsintä- ja pelastusoperaatiot ja monet muut.
Parven valmistusprosessin tekeminen taloudellisesti kannattavaksi ja luotettavan lähestymistavan kehittäminen ohjausalgoritmin luomiseksi kullekin parven jäsenelle ovat kaksi keskeistä ongelmaa, jotka on voitettava matkan varrella.
Jätä vastaus