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Quando as colônias de formigas de correição estão procurando na floresta por comida ou suprimentos, elas frequentemente encontram lacunas geográficas que as formigas individuais não conseguem superar.
Então eles constroem pontes usando eles mesmos em vez de galhos ou folhas. Sem um líder claro no comando, os insetos de alguma forma decidem juntar seus corpos para formar uma ponte viva que permite que algumas das formigas passem e alcancem o objeto.
Esta é a inteligência de enxame, muitas vezes conhecida como enxame de inteligência artificial. A frase refere-se ao comportamento coletivo coordenado e descentralizado de agentes biológicos ou artificiais que agem em conjunto para atingir objetivos.
As abelhas usam a inteligência do enxame quando enviam “abelhas exploradoras” para localizar novas colônias em potencial. Quando os pássaros migram para os poleiros e formam bandos em busca de comida, eles são o exemplo perfeito disso.
Além disso, os peixes o usam para criar cardumes, o que lhes dá milhares de olhos em vez de apenas dois para observar os predadores. Em outras palavras, há poder e inteligência nos números.
A disciplina de robótica de enxames, que tenta construir grupos de robôs básicos que trabalham juntos de forma autônoma para executar tarefas que qualquer um dos robôs individuais provavelmente não conseguiria realizar sozinho, é motivada por esses comportamentos animais coletivos.
Robôs de enxame podem completar tarefas complicadas sem serem caros ou muito sofisticados.
Em vez disso, diretivas básicas como “avançar em direção a uma fonte de luz” podem ser atribuídas por algoritmos a cada robô individual. Então, por meio das interações dos robôs, comportamentos sofisticados podem se desenvolver.
Mas em outras situações, os robôs têm mais dificuldade em exibir essas características emergentes.
Este artigo examinará de perto a robótica de enxames, incluindo suas características, aplicações e muito mais.
O que é Swarm Robotics?
A robótica de enxames é o estudo de quão simples em estrutura e comportamento os robôs podem ser construídos para garantir que um comportamento coletivo desejável surja das interações locais entre os robôs e das interações entre os robôs e seu ambiente.
A robótica de enxames, para simplificar, é o uso de muitos robôs trabalhando juntos para resolver problemas, desenvolvendo estruturas e comportamentos vantajosos, como os observados em sistemas naturais, como enxames de abelhas, pássaros ou peixes.
As ideias de inteligência de enxames, ou o comportamento coletivo de sistemas descentralizados e auto-organizados, são a base da disciplina prática da robótica de enxames (natural ou artificial).
A pesquisa sobre inteligência de enxames é fortemente influenciada por sistemas biológicos vistos na natureza, como colônias de formigas, cardumes de peixes, bandos de pássaros, etc.
Esses tipos de enxames naturais contêm indivíduos com habilidades muito limitadas e pouca compreensão geral da atividade ou da comunidade.
No entanto, os pesquisadores mostraram que esses enxames podem exibir um comportamento de grupo muito intrincado e inteligente por meio do contato local com seus vizinhos mais próximos e da transferência de informações associada.
A robótica de enxames incorpora essas características e revelações. O objetivo é criar robôs que, por conta própria, tenham estruturas e comportamentos extremamente básicos e sejam incapazes de realizar a atividade necessária.
Esses robôs simples, no entanto, se comunicam e trabalham juntos como um grupo ou enxame para realizar a tarefa necessária, o que resulta na formação de um comportamento de enxame complicado e prático.
Robôs de enxame são atualmente utilizados em atividades militares e exploratórias. Eles podem em breve estar presentes em setores como mineração e agricultura.
Como funcionam os robôs Swarm?
Os robôs de enxame geralmente medem muito menos do que os robôs autônomos padrão (embora não tão pequenos quanto um nanobot).
Para que uma tarefa seja concluída, um enxame de robôs, que pode variar em tamanho de algumas dezenas a mais de mil, deve trabalhar em conjunto com perfeição.
Isso é feito usando um tipo de organização conhecido como “inteligência de enxames”, que promove um alto nível de flexibilidade em um sistema composto por muitos indivíduos, mas controlado por nenhum deles.
Isso se baseia em princípios biológicos que são observados em rebanhos de certos insetos, animais, bandos de pássaros e até cardumes de peixes.
Os robôs de enxame tentam essencialmente imitar as habilidades dessas criaturas para exibir uma atividade coletiva em resposta a estímulos externos e para concluir uma tarefa.
Um alto grau de redundância de máquina permite que um enxame robótico opere de maneira semelhante, o que significa que a perda de um ou mesmo alguns robôs não afetará significativamente a capacidade do enxame de funcionar como um todo.
Por causa disso, os robôs de enxame podem ser amplamente implantados em uma variedade de situações e se distribuir dinamicamente para concluir uma tarefa, apesar dos desafios colocados em seu caminho.
Características dos robôs Swarm
- O enxame de robôs deve ser autossuficiente e capaz de detectar e responder ao seu entorno.
- O enxame deve ser homogêneo; pode ter vários agrupamentos, mas não deve haver uma quantidade excessiva deles.
- Cada tarefa que um enxame de robôs é necessária para fazer como uma unidade deve ser suportada por um número suficiente de robôs.
- Todos os robôs são obrigados a ter apenas sensores locais e capacidades de comunicação com os vizinhos de seus parceiros de enxame. Isso garante que a coordenação do enxame seja espalhada e que o sistema seja escalável.
- Cada robô no enxame deve ser incompetente e ineficaz no que diz respeito a atingir seu objetivo principal; assim, eles devem trabalhar juntos para ter sucesso e aumentar o desempenho.
Aplicações
Esperamos poder resolver alguns dos problemas mais desafiadores que enfrentamos agora, graças aos robôs de enxame. Eles podem aplicar criatividade humana a quase todas as circunstâncias graças à sua capacidade de escalar e adaptar-se a qualquer ambiente.
Por exemplo, tem havido muita pesquisa sobre isso como uma estratégia potencial para apoiar ecossistemas em falha diante das mudanças climáticas e outros desastres naturais.
A robótica de enxames tem o potencial de ser ampliada para produzir abelhas e insetos sintéticos que podem polinizar plantações e outras plantas importantes para garantir sua sobrevivência e evitar uma catástrofe catastrófica.
Tarefas que precisam ser concluídas em locais grandes ou não estruturados, onde não há infraestrutura que possa ser utilizada para gerenciar os robôs, como nenhuma rede de comunicação acessível ou sistema de localização global, são outro domínio de aplicação possível para a robótica de enxames.
Os enxames de robôs podem ser usados para esse tipo de tarefa, pois podem funcionar de forma independente, sem a ajuda de qualquer infraestrutura ou coordenação externa.
Exploração planetária subaquática ou extraterrestre, monitoramento, desminagem e busca e resgate são alguns exemplos de trabalhos em ambientes não estruturados e enormes.
Além disso, foi sugerido que as técnicas de robótica de enxame podem ser usadas para substituir quase inteiramente as forças convencionais.
Na forma de drones autônomos, os robôs já foram amplamente utilizados por várias forças aéreas em todo o mundo, e a marinha dos EUA experimentou frotas robóticas que podem reagir a ameaças instantaneamente.
Felizmente, existem outras aplicações muito mais benignas para essa tecnologia. O emprego de robôs de enxame para gerenciar uma rede de veículos terrestres ou aéreos ou para construir uma missão exploratória robusta pode abrir caminho para veículos autônomos.
Conclusão
Para resumir, a Swarm Robotics está se desenvolvendo e crescendo, e recursos como autonomia do robô, controle descentralizado, capacidade de tomada de decisão em grupo, alta tolerância a falhas etc. tornam a Swarm Robotics adequada para resolver problemas práticos.
Os usos futuros da robótica de enxames incluirão entrega de materiais direcionados, agricultura precisa, impressão 3D de enxames, vigilância, defesa, operações de busca e resgate e muito mais.
Tornar o processo de fabricação do enxame economicamente viável e desenvolver uma abordagem confiável para construir o algoritmo de controle para cada membro do enxame são dois dos principais problemas que devem ser superados ao longo do caminho.
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