Содержание[Скрывать][Показывать]
Когда колонии армейских муравьев обыскивают лес в поисках пищи или припасов, они часто натыкаются на географические пробелы, которые отдельные муравьи не могут преодолеть.
Поэтому они строят мосты, используя себя, а не ветки или листья. Без явного лидера насекомые каким-то образом решают соединить свои тела вместе, чтобы сформировать живой мост, который позволяет некоторым муравьям пройти и добраться до объекта.
Это групповой интеллект, часто известный как рой искусственный интеллект. Фраза относится к скоординированному, децентрализованному коллективному поведению биологических или искусственных агентов, которые действуют согласованно для достижения целей.
Медоносные пчелы используют интеллект роя, когда посылают «пчел-разведчиков» для обнаружения потенциальных новых колоний. Когда птицы мигрируют на насесты и образуют стаи в поисках пищи, они являются прекрасным примером этого.
Кроме того, рыбы используют его для создания косяков, что дает им тысячи глаз вместо двух, чтобы следить за хищниками. Другими словами, в числах заключена сила и разум.
Дисциплина роевой робототехники, которая пытается создать группы базовых роботов, которые работают вместе в автономном режиме для выполнения задач, которые ни один из отдельных роботов, вероятно, не мог бы выполнить самостоятельно, мотивируется этим коллективным поведением животных.
Роевые роботы могут выполнять сложные задачи, не будучи дорогостоящими или очень сложными.
Вместо этого базовые директивы, такие как «продвижение к источнику света», могут быть назначены алгоритмами каждому отдельному роботу. Затем, благодаря взаимодействию роботов, может развиться сложное поведение.
Но в других ситуациях роботам труднее проявлять эти возникающие характеристики.
В этой статье будет подробно рассмотрена роевая робототехника, включая ее характеристики, области применения и многое другое.
Что такое Swarm Robotics?
Роевая робототехника — это исследование того, насколько простыми по структуре и поведению роботы могут быть построены, чтобы гарантировать, что желаемое коллективное поведение возникает из локальных взаимодействий между роботами и взаимодействий между роботами и их средой.
Проще говоря, роевая робототехника — это использование множества роботов, работающих вместе для решения проблем путем разработки выгодных структур и поведения, подобных тем, которые наблюдаются в естественных системах, таких как рои пчел, птиц или рыб.
Идеи роевого интеллекта или коллективного поведения децентрализованных самоорганизующихся систем являются основой практической дисциплины роевой робототехники (естественной или искусственной).
Исследования роевого интеллекта находятся под сильным влиянием биологических систем, встречающихся в природе, таких как колонии муравьев, косяки рыб, стаи птиц и т. д.
Эти виды естественных роев состоят из людей с очень ограниченными навыками и небольшим общим пониманием деятельности или сообщества.
Однако исследователи показали, что эти рои могут демонстрировать очень сложное и интеллектуальное групповое поведение благодаря локальным контактам со своими ближайшими соседями и связанной с этим передачей информации.
Роевая робототехника включает в себя эти характеристики и открытия. Цель состоит в том, чтобы создать роботов, которые сами по себе имеют чрезвычайно простые структуры и поведение и не способны выполнять требуемую деятельность.
Однако эти простые роботы общаются и работают вместе как группа или рой для выполнения требуемой задачи, что приводит к формированию сложного практического поведения роя.
Роевые роботы в настоящее время используются как в военной, так и в исследовательской деятельности. Вскоре они могут появиться в таких секторах, как горнодобывающая промышленность и сельское хозяйство.
Как работают роботы Swarm?
Роевые роботы часто имеют намного меньшие размеры, чем стандартные автономные роботы (хотя и не такие маленькие, как нанороботы).
Чтобы задача была выполнена, рой роботов, размер которого может варьироваться от нескольких десятков до более тысячи, должен безупречно работать вместе.
Это достигается с помощью типа организации, известного как «роевой интеллект», который обеспечивает высокий уровень гибкости в системе, состоящей из многих людей, но не контролируемых ни одним из них.
Это основано на биологических принципах, наблюдаемых в стадах некоторых насекомых, животных, стаях птиц и даже косяках рыб.
Роевые роботы, по сути, пытаются имитировать способности этих существ проявлять коллективную активность в ответ на внешнюю стимуляцию и для выполнения задачи.
Высокая степень избыточности машин позволяет рою роботов работать аналогичным образом, а это означает, что потеря одного или даже нескольких роботов не окажет существенного влияния на способность роя функционировать в целом.
Из-за этого роевые роботы могут широко использоваться в различных ситуациях и динамически распределяться для выполнения задачи, несмотря на проблемы, возникающие на их пути.
Характеристики роевых роботов
- Рой роботов должен быть самодостаточным и способным обнаруживать окружающую среду и реагировать на нее.
- Рой должен быть однородным; группировок может быть несколько, но их не должно быть слишком много.
- Каждая задача, которую должен выполнять рой роботов как единое целое, должна поддерживаться достаточным количеством роботов.
- Все роботы должны иметь только локальные возможности обнаружения и связи с соседями своих партнеров по рою. Это гарантирует, что координация роя распределена и что система является масштабируемой.
- Каждый робот в рое должен быть некомпетентен и неэффективен в отношении достижения своей основной цели; таким образом, они должны работать вместе, чтобы добиться успеха и повысить производительность.
Приложения
Мы надеемся, что сможем решить некоторые из самых сложных проблем, стоящих перед нами прямо сейчас, благодаря роевым роботам. Они могут применять человеческое творчество практически к любым обстоятельствам благодаря их способности масштабироваться и адаптироваться к любой среде.
Например, было проведено много исследований как потенциальной стратегии поддержки разрушающихся экосистем перед лицом изменения климата и других стихийных бедствий.
Роевая робототехника может быть расширена для производства синтетических пчел и насекомых, которые могли бы опылять сельскохозяйственные культуры и другие важные растения, чтобы обеспечить их выживание и предотвратить катастрофу.
Задачи, которые необходимо выполнять в огромных или неструктурированных местах, где нет инфраструктуры, которую можно было бы использовать для управления роботами, например, нет доступной сети связи или глобальной системы локализации, являются еще одной возможной областью применения роевой робототехники.
Для таких задач можно использовать рои роботов, поскольку они могут функционировать независимо, без помощи какой-либо инфраструктуры или внешней координации.
Подводное или внеземное исследование планет, мониторинг, разминирование и поиск и спасение — вот несколько примеров работы в неструктурированных и огромных средах.
Кроме того, было высказано предположение, что методы роевой робототехники могут использоваться для почти полной замены обычных сил.
В виде автономных дронов роботы уже широко используются несколькими военно-воздушными силами по всему миру, а ВМС США экспериментировали с флотами роботов, которые могут мгновенно реагировать на угрозы.
К счастью, есть и другие, гораздо более благоприятные приложения для этой технологии. Использование роя роботов для управления сетью наземных или бортовых транспортных средств или для создания надежной исследовательской миссии может проложить путь для автономных транспортных средств.
Заключение
Подводя итог, Swarm Robotics развивается и растет, а такие функции, как автономия роботов, децентрализованное управление, способность к групповому принятию решений, высокая отказоустойчивость и т. д., делают Swarm Robotics хорошо подходящей для решения практических задач.
Будущие области применения роевой робототехники будут включать целевую доставку материалов, точное земледелие, роевую 3D-печать, наблюдение, оборону, поисково-спасательные операции и многое другое.
Сделать производственный процесс роя экономически жизнеспособным и разработать надежный подход к построению алгоритма управления для каждого члена роя — две ключевые проблемы, которые необходимо решить на этом пути.
Оставьте комментарий