Sommario[Nascondere][Spettacolo]
Quando le colonie di formiche dell'esercito cercano cibo o rifornimenti nella foresta, spesso si imbattono in lacune geografiche che le singole formiche non possono superare.
Quindi costruiscono ponti usando se stessi piuttosto che ramoscelli o foglie. Senza un chiaro leader in carica, gli insetti decidono in qualche modo di unire i loro corpi per formare un ponte vivo che consente ad alcune formiche di passare e raggiungere l'oggetto.
Questa è l'intelligenza dello sciame, spesso conosciuta come sciame di intelligenza artificiale. La frase si riferisce al comportamento collettivo coordinato e decentralizzato di agenti biologici o artificiali che agiscono di concerto per raggiungere gli obiettivi.
Le api mellifere usano l'intelligenza dello sciame quando inviano "api esploratrici" per individuare potenziali nuove colonie. Quando gli uccelli migrano verso i posatoi e formano stormi in cerca di cibo, ne sono l'esempio perfetto.
Inoltre, i pesci lo usano per creare banchi, che danno loro migliaia di occhi invece di solo due per fare attenzione ai predatori. In altre parole, c'è potere e intelligenza nei numeri.
La disciplina della robotica dello sciame, che cerca di costruire gruppi di robot di base che lavorano insieme in modo autonomo per eseguire compiti che uno qualsiasi dei singoli robot probabilmente non potrebbe svolgere da solo, è motivata da questi comportamenti animali collettivi.
I robot sciame possono completare compiti complicati senza essere costosi o molto sofisticati.
Invece, direttive di base come "avanzare verso una sorgente di luce" potrebbero essere assegnate da algoritmi a ogni singolo robot. Quindi, attraverso le interazioni dei robot, possono svilupparsi comportamenti sofisticati.
Ma in altre situazioni, i robot hanno difficoltà a mostrare queste caratteristiche emergenti.
Questo articolo esaminerà da vicino la robotica dello sciame, comprese le sue caratteristiche, applicazioni e altro ancora.
Cos'è la robotica dello sciame?
La robotica dello sciame è lo studio di come si potrebbero costruire robot semplici nella struttura e nel comportamento per garantire che un comportamento collettivo desiderabile emerga dalle interazioni locali tra i robot e dalle interazioni tra i robot e il loro ambiente.
La robotica dello sciame, per dirla semplicemente, è l'uso di molti robot che lavorano insieme per risolvere i problemi sviluppando strutture e comportamenti vantaggiosi come quelli visti nei sistemi naturali come sciami di api, uccelli o pesci.
Le idee di swarm intelligence, o il comportamento collettivo di sistemi decentralizzati e auto-organizzati, sono alla base della disciplina pratica della robotica swarm (naturale o artificiale).
La ricerca sull'intelligenza degli sciami è fortemente influenzata dai sistemi biologici presenti in natura, come colonie di formiche, banchi di pesci, stormi di uccelli, ecc.
Questi tipi di sciami naturali contengono individui con abilità molto limitate e scarsa comprensione generale dell'attività o della comunità.
Tuttavia, i ricercatori hanno dimostrato che questi sciami possono mostrare comportamenti di gruppo molto intricati e intelligenti attraverso il contatto locale con i loro vicini più prossimi e il trasferimento di informazioni associato.
La robotica dello sciame incorpora queste caratteristiche e rivelazioni. L'obiettivo è creare robot che, da soli, abbiano strutture e comportamenti estremamente basilari e non siano in grado di svolgere l'attività richiesta.
Questi semplici robot, tuttavia, comunicano e lavorano insieme come un gruppo o uno sciame per svolgere il compito richiesto, il che si traduce nella formazione di un comportamento da sciame complicato e pratico.
I robot sciame sono attualmente utilizzati sia in attività militari che esplorative. Presto potrebbero essere presenti in settori quali l'estrazione mineraria e l'agricoltura.
Come funzionano i robot Swarm?
I robot sciame spesso misurano molto meno dei robot autonomi standard (anche se non così piccoli come un nanobot).
Affinché un'attività venga completata, uno sciame di robot, di dimensioni variabili da poche dozzine a oltre un migliaio, deve lavorare insieme in modo impeccabile.
Ciò si ottiene utilizzando un tipo di organizzazione nota come "intelligenza dello sciame", che promuove un alto livello di flessibilità in un sistema composto da molti individui ma non controllato da nessuno di loro.
Questo si basa su principi biologici che si osservano nelle mandrie di alcuni insetti, animali, stormi di uccelli e persino banchi di pesci.
I robot sciame tentano essenzialmente di imitare le capacità di queste creature di mostrare un'attività collettiva in risposta a stimoli esterni e per completare un compito.
Un alto grado di ridondanza della macchina consente a uno sciame robotico di funzionare in modo simile, il che significa che la perdita di uno o anche di alcuni robot non influirà in modo significativo sulla capacità dello sciame di funzionare nel suo insieme.
Per questo motivo, i robot sciame possono essere ampiamente utilizzati in una vasta gamma di situazioni e distribuirsi dinamicamente per completare un'attività nonostante le sfide poste sul loro cammino.
Caratteristiche dei robot sciame
- Lo sciame di robot deve essere autosufficiente e in grado di rilevare e rispondere a ciò che lo circonda.
- Lo sciame deve essere omogeneo; può avere più raggruppamenti, ma non dovrebbe esserne una quantità eccessiva.
- Ogni attività che uno sciame di robot deve svolgere come unità deve essere supportata da un numero sufficiente di robot.
- Tutti i robot devono avere solo capacità di rilevamento e comunicazione locali con i vicini dei loro partner dello sciame. Questo assicura che la coordinazione dello sciame sia diffusa e che il sistema sia scalabile.
- Ogni robot dello sciame deve essere incompetente e inefficace per quanto riguarda il raggiungimento del suo obiettivo primario; quindi, devono lavorare insieme per avere successo e aumentare le prestazioni.
Applicazioni
Speriamo di essere in grado di risolvere alcuni dei problemi più impegnativi che dobbiamo affrontare in questo momento grazie ai robot sciame. Possono presentare domanda creatività umana a quasi ogni circostanza grazie alla loro capacità di scalare e adattarsi a qualsiasi ambiente.
Ad esempio, ci sono state molte ricerche su di esso come una potenziale strategia per sostenere gli ecosistemi in crisi di fronte al cambiamento climatico e ad altri disastri naturali.
La robotica dello sciame ha il potenziale per essere ampliata per produrre api e insetti sintetici che potrebbero impollinare colture e altre piante importanti per garantire la loro sopravvivenza ed evitare una catastrofe catastrofica.
Le attività che devono essere completate in luoghi enormi o non strutturati in cui non esiste un'infrastruttura che può essere utilizzata per gestire i robot, come nessuna rete di comunicazione accessibile o sistema di localizzazione globale, sono un altro possibile dominio applicativo per la robotica degli sciami.
Gli sciami di robot potrebbero essere utilizzati per questo tipo di attività poiché possono funzionare in modo indipendente senza l'ausilio di alcuna infrastruttura o coordinamento esterno.
L'esplorazione, il monitoraggio, lo sminamento e la ricerca e salvataggio di pianeti subacquei o extraterrestri sono alcuni esempi di lavori in ambienti non strutturati e di grandi dimensioni.
Inoltre, è stato suggerito che le tecniche di robotica dello sciame potrebbero essere utilizzate per sostituire quasi interamente le forze convenzionali.
Sotto forma di droni autonomi, i robot sono già stati ampiamente utilizzati da diverse forze aeree in tutto il mondo e la marina statunitense ha sperimentato flotte robotiche in grado di reagire istantaneamente alle minacce.
Fortunatamente, ci sono altre applicazioni molto più vantaggiose per questa tecnologia. L'impiego di robot sciame per gestire una rete di veicoli terrestri o aerei o per costruire una solida missione esplorativa potrebbe aprire la strada ai veicoli autonomi.
Conclusione
Per riassumere, Swarm Robotics si sta sviluppando e crescendo e caratteristiche come l'autonomia del robot, il controllo decentralizzato, la capacità di prendere decisioni di gruppo, l'elevata tolleranza ai guasti, ecc. rendono Swarm Robotics particolarmente adatto per risolvere problemi pratici.
Gli usi futuri della robotica dello sciame includeranno la consegna mirata di materiale, l'agricoltura precisa, la stampa 3D dello sciame, la sorveglianza, la difesa, le operazioni di ricerca e salvataggio e molti altri.
Rendere economicamente sostenibile il processo di produzione dello sciame e sviluppare un approccio affidabile per costruire l'algoritmo di controllo per ciascun membro dello sciame sono due dei problemi chiave che devono essere superati lungo il percorso.
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