Innehållsförteckning[Dölj][Visa]
När arméns myrkolonier söker i skogen efter mat eller förnödenheter, stöter de ofta på geografiska luckor som enskilda myror inte kan övervinna.
Så de bygger broar med hjälp av sig själva istället för kvistar eller löv. Utan en tydlig ledare bestämmer insekterna på något sätt att förena sina kroppar för att bilda en levande bro som låter några av myrorna passera och nå objektet.
Detta är svärmintelligens, ofta känd som svärm artificiell intelligens. Frasen syftar på det samordnade, decentraliserade kollektiva beteendet hos biologiska eller artificiella medel som samverkar för att uppnå mål.
Honungsbin använder svärmintelligens när de skickar ut "scoutbin" för att lokalisera potentiella nya kolonier. När fåglar migrerar till sovplatser och bildar flockar för att söka efter föda, är de det perfekta exemplet på det.
Dessutom använder fiskar det för att skapa stim, vilket ger dem tusentals ögon istället för bara två för att se upp för rovdjur. Det finns med andra ord makt och intelligens i siffror.
Disciplinen svärmrobotik, som försöker bygga grupper av grundläggande robotar som arbetar tillsammans på ett autonomt sätt för att utföra uppgifter som någon av de enskilda robotarna förmodligen inte skulle kunna utföra på egen hand, motiveras av dessa kollektiva djurbeteenden.
Svärmrobotar kan utföra komplicerade uppgifter utan att vara dyra eller mycket sofistikerade.
Istället kan grundläggande direktiv som "avancera mot en ljuskälla" tilldelas av algoritmer till varje enskild robot. Sedan, via robotarnas interaktioner, kan sofistikerade beteenden utvecklas.
Men i andra situationer har robotar svårare att uppvisa dessa framväxande egenskaper.
Den här artikeln kommer att undersöka svärmrobotik, inklusive dess egenskaper, tillämpningar och mer.
Vad är Swarm Robotics?
Svärmrobotik är studiet av hur enkla robotar i struktur och beteende kan byggas för att säkerställa att ett önskvärt kollektivt beteende uppstår från lokala interaktioner mellan robotarna och interaktioner mellan robotarna och deras miljö.
Svärmrobotik, för att uttrycka det enkelt, är användningen av många robotar som arbetar tillsammans för att lösa problem genom att utveckla fördelaktiga strukturer och beteenden som de som ses i naturliga system som svärmar av bin, fåglar eller fiskar.
Idéerna om svärmintelligens, eller det kollektiva beteendet hos decentraliserade, självorganiserade system, är grunden för den praktiska disciplinen svärmrobotik (naturlig eller artificiell).
Forskning om svärmintelligens är starkt påverkad av biologiska system som ses i naturen, såsom myrkolonier, fiskstim, fågelflockar etc.
Dessa typer av naturliga svärmar innehåller individer med mycket begränsade färdigheter och liten allmän förståelse för verksamheten eller samhället.
Forskare har dock visat att dessa svärmar kan uppvisa mycket intrikat och intelligent gruppbeteende genom lokal kontakt med sina närmaste grannar och tillhörande överföring av information.
Svärmrobotik innehåller dessa egenskaper och uppenbarelser. Målet är att skapa robotar som på egen hand har extremt grundläggande strukturer och beteenden och som inte kan utföra den aktivitet som krävs.
Dessa enkla robotar kommunicerar dock och arbetar tillsammans som en grupp eller svärm för att utföra den nödvändiga uppgiften, vilket resulterar i bildandet av komplicerat, praktiskt svärmbeteende.
Svärmrobotar används för närvarande i både militära och utforskande aktiviteter. De kan snart finnas i sektorer inklusive gruvdrift och jordbruk.
Hur fungerar Swarm-robotar?
Svärmrobotar mäter ofta mycket mindre än vanliga autonoma robotar (men inte alls lika liten som en nanobot).
För att en uppgift ska kunna slutföras måste en svärm av robotar, som kan variera i storlek från några dussin till över tusen, samarbeta felfritt.
Detta uppnås med hjälp av en typ av organisation som kallas "svärmintelligens", som främjar en hög nivå av flexibilitet i ett system som består av många individer men som ändå inte kontrolleras av någon av dem.
Detta är baserat på biologiska principer som observeras i besättningar av vissa insekter, djur, fågelflockar och till och med fiskstim.
Svärmrobotar försöker i huvudsak härma dessa varelsers förmåga att visa en kollektiv aktivitet som svar på extern stimulering och för att slutföra en uppgift.
En hög grad av maskinredundans tillåter en robotsvärm att fungera på liknande sätt, vilket innebär att förlusten av en eller till och med ett fåtal robotar inte nämnvärt påverkar svärmens förmåga att fungera som en helhet.
På grund av detta kan svärmrobotar distribueras i stor utsträckning till en rad olika situationer och dynamiskt distribuera sig själva för att slutföra en uppgift trots utmaningarna i deras väg.
Egenskaper hos svärmrobotar
- Robotsvärmen måste vara självförsörjande och kunna upptäcka och reagera på sin omgivning.
- Svärmen ska vara homogen; den kan ha flera grupperingar, men det bör inte finnas en överdriven mängd av dem.
- Varje uppgift som en svärm av robotar måste göra som en enhet måste stödjas av ett tillräckligt antal robotar.
- Alla robotar måste endast ha lokala avkännings- och kommunikationsmöjligheter med sina svärmpartners grannar. Detta säkerställer att svärmens koordination sprids och att systemet är skalbart.
- Varje robot i svärmen måste vara inkompetent och ineffektiv när det gäller att uppnå sitt primära mål; därför måste de arbeta tillsammans för att bli framgångsrika och öka prestanda.
Applikationer
Vi kommer förhoppningsvis att kunna lösa några av de mest utmanande problemen som vi står inför just nu tack vare svärmrobotar. De kan ansöka mänsklig kreativitet till nästan alla omständigheter tack vare deras förmåga att skala och anpassa sig till alla miljöer.
Det har till exempel gjorts mycket forskning om det som en potentiell strategi för att stödja sviktande ekosystem inför klimatförändringar och andra naturkatastrofer.
Svärmrobotik har potential att skalas upp för att producera syntetiska bin och insekter som kan pollinera grödor och andra viktiga växter för att säkerställa deras överlevnad och avvärja en katastrofal katastrof.
Uppgifter som behöver utföras på stora eller ostrukturerade platser där det inte finns någon infrastruktur som kan användas för att hantera robotarna, såsom inget tillgängligt kommunikationsnätverk eller globalt lokaliseringssystem, är en annan möjlig applikationsdomän för svärmrobotik.
Robotsvärmar kan användas för den här typen av uppgifter eftersom de kan fungera självständigt utan hjälp av någon infrastruktur eller extern samordning.
Undervattens- eller utomjordiska planetarisk utforskning, övervakning, minröjning och sök och räddning är några exempel på jobb i ostrukturerade och enorma miljöer.
Dessutom har det föreslagits att svärmrobottekniker kan användas för att nästan helt ersätta konventionella krafter.
I form av autonoma drönare har robotar redan använts flitigt av flera flygvapen över hela världen, och den amerikanska flottan har experimenterat med robotflottor som kan reagera på hot omedelbart.
Lyckligtvis finns det andra, mycket mer godartade tillämpningar för denna teknik. Användningen av svärmrobotar för att hantera ett nätverk av mark- eller luftburna fordon eller för att bygga ett robust utforskande uppdrag kan bana väg för autonoma fordon.
Slutsats
Sammanfattningsvis utvecklas och växer Swarm Robotics, och funktioner som robotautonomi, decentraliserad kontroll, förmågan till gruppbeslut, hög feltolerans etc. gör Swarm Robotics väl lämpad för att lösa praktiska problem.
Framtida användningsområden för svärmrobotik kommer att omfatta riktad materialleverans, exakt jordbruk, svärm 3D-utskrift, övervakning, försvar, sök- och räddningsoperationer och många fler.
Att göra svärmens tillverkningsprocess ekonomiskt lönsam och att utveckla ett tillförlitligt tillvägagångssätt för att konstruera kontrollalgoritmen för varje medlem i svärmen är två av nyckelproblemen som måste övervinnas på vägen.
Kommentera uppropet