Khi đàn kiến của quân đội đang tìm kiếm thức ăn hoặc nguồn cung cấp trong rừng, chúng thường xuyên gặp phải những khoảng cách địa lý mà các cá thể kiến không thể vượt qua.
Vì vậy, họ xây dựng những cây cầu bằng cách sử dụng chính mình thay vì cành cây hay lá cây. Không có người lãnh đạo rõ ràng phụ trách, bằng cách nào đó, côn trùng quyết định kết hợp cơ thể của chúng với nhau để tạo thành một cầu nối sống cho phép một số kiến đi qua và tiếp cận đối tượng.
Đây là trí thông minh bầy đàn, thường được gọi là trí tuệ nhân tạo bầy đàn. Cụm từ đề cập đến hành vi tập thể được phối hợp, phân cấp của các tác nhân sinh học hoặc nhân tạo hoạt động phối hợp để hoàn thành các mục tiêu.
Ong mật sử dụng trí thông minh của bầy đàn khi chúng cử “ong trinh sát” để xác định vị trí các đàn mới tiềm năng. Khi các loài chim di cư đến các tổ ấm và tạo thành đàn để tìm kiếm thức ăn, chúng là ví dụ hoàn hảo về điều đó.
Ngoài ra, cá sử dụng nó để tạo ra các trường học, mang đến cho chúng hàng nghìn con mắt thay vì chỉ hai con mắt để đề phòng những kẻ săn mồi. Nói cách khác, có sức mạnh và sự thông minh trong các con số.
Kỷ luật về robot bầy đàn, cố gắng xây dựng các nhóm robot cơ bản hoạt động cùng nhau theo cách tự chủ để thực hiện các nhiệm vụ mà bất kỳ một trong số các robot riêng lẻ có lẽ không thể tự hoàn thành, được thúc đẩy bởi các hành vi tập thể của động vật.
Robot Swarm có thể hoàn thành các nhiệm vụ phức tạp mà không tốn kém hoặc rất phức tạp.
Thay vào đó, các chỉ thị cơ bản như "tiến tới nguồn sáng" có thể được các thuật toán gán cho từng robot riêng lẻ. Sau đó, thông qua các tương tác của robot, các hành vi tinh vi có thể phát triển.
Nhưng trong các tình huống khác, robot gặp khó khăn hơn trong việc thể hiện những đặc điểm nổi bật này.
Bài viết này sẽ xem xét kỹ lưỡng về robot bầy đàn, bao gồm các đặc điểm, ứng dụng của nó và hơn thế nữa.
Swarm Robotics là gì?
Swarm robot là nghiên cứu về cách thức đơn giản về cấu trúc và hành vi của robot để đảm bảo rằng hành vi tập thể mong muốn xuất hiện từ các tương tác cục bộ giữa các robot và tương tác giữa các robot với môi trường của chúng.
Nói một cách đơn giản, robot bầy đàn là việc sử dụng nhiều robot làm việc cùng nhau để giải quyết các vấn đề bằng cách phát triển các cấu trúc và hành vi có lợi giống như những hành vi được thấy trong các hệ thống tự nhiên như bầy ong, chim hoặc cá.
Những ý tưởng về trí thông minh bầy đàn, hoặc hành vi tập thể của các hệ thống phân quyền, tự tổ chức, là nền tảng của kỷ luật thực tiễn về robot bầy đàn (tự nhiên hoặc nhân tạo).
Nghiên cứu về trí thông minh bầy đàn bị ảnh hưởng nhiều bởi các hệ thống sinh học trong tự nhiên, chẳng hạn như đàn kiến, trường cá, đàn chim, v.v.
Những loại bầy đàn tự nhiên này chứa những cá thể có kỹ năng rất hạn chế và ít hiểu biết chung về hoạt động hoặc cộng đồng.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng những bầy này có thể biểu hiện hành vi nhóm rất phức tạp và thông minh thông qua liên hệ cục bộ với những người hàng xóm gần nhất của chúng và việc chuyển giao thông tin liên quan.
Người máy Swarm kết hợp những đặc điểm và tiết lộ này. Mục tiêu là tạo ra những con rô bốt mà tự chúng có cấu trúc và hành vi cực kỳ cơ bản và không có khả năng thực hiện hoạt động cần thiết.
Tuy nhiên, những robot đơn giản này giao tiếp và làm việc cùng nhau như một nhóm hoặc bầy đàn để thực hiện nhiệm vụ được yêu cầu, dẫn đến việc hình thành các hành vi bầy đàn phức tạp, thực tế.
Robot bầy đàn hiện đang được sử dụng trong cả hoạt động quân sự và thám hiểm. Chúng có thể sớm có mặt trong các lĩnh vực bao gồm khai thác mỏ và nông nghiệp.
Robot Swarm hoạt động như thế nào?
Các robot bầy đàn thường có số đo thấp hơn nhiều so với các robot tự động tiêu chuẩn (mặc dù gần như không nhỏ bằng một nanobot).
Để hoàn thành một nhiệm vụ, một bầy robot, có thể có kích thước từ vài chục đến hơn một nghìn người, phải làm việc cùng nhau một cách hoàn hảo.
Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một loại tổ chức được gọi là “trí thông minh bầy đàn”, thúc đẩy mức độ linh hoạt cao trong một hệ thống bao gồm nhiều cá nhân chưa được kiểm soát bởi không ai trong số họ.
Điều này dựa trên các nguyên tắc sinh học được quan sát thấy trong các đàn côn trùng, động vật, đàn chim và thậm chí cả các đàn cá.
Các robot bầy đàn về cơ bản cố gắng bắt chước khả năng của những sinh vật này để thể hiện một hoạt động tập thể để đáp ứng với kích thích bên ngoài và để hoàn thành nhiệm vụ.
Mức độ dự phòng cao của máy móc cho phép một bầy robot hoạt động theo cách tương tự, có nghĩa là việc mất một hoặc thậm chí một vài robot sẽ không ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hoạt động của cả bầy.
Do đó, rô bốt bầy đàn có thể được triển khai rộng rãi cho nhiều tình huống và tự động phân phối để hoàn thành nhiệm vụ bất chấp những thách thức đặt ra trên đường đi của chúng.
Đặc điểm của Swarm Robots
- Bầy robot phải tự túc và có khả năng phát hiện và phản ứng với môi trường xung quanh.
- Bầy phải đồng nhất; nó có thể có một số nhóm, nhưng không nên có quá nhiều nhóm.
- Mỗi nhiệm vụ mà một bầy robot cần thực hiện như một đơn vị phải được hỗ trợ bởi đủ số lượng robot.
- Tất cả các robot được yêu cầu chỉ có khả năng cảm biến và giao tiếp cục bộ với các đối tác hàng xóm của chúng. Điều này đảm bảo rằng sự phối hợp của bầy đàn được lan rộng và hệ thống có thể mở rộng.
- Mỗi robot trong bầy phải không đủ năng lực và kém hiệu quả trong việc đạt được mục tiêu chính của nó; do đó, họ phải làm việc cùng nhau để thành công và tăng hiệu suất.
Ứng dụng
Chúng tôi hy vọng có thể giải quyết một số vấn đề thách thức nhất mà chúng tôi phải đối mặt ngay bây giờ nhờ vào các robot bầy đàn. Họ có thể áp dụng sự sáng tạo của con người phù hợp với hầu hết mọi hoàn cảnh nhờ khả năng mở rộng quy mô và thích ứng với mọi môi trường.
Ví dụ, đã có rất nhiều nghiên cứu về nó như một chiến lược tiềm năng để hỗ trợ các hệ sinh thái đang thất bại khi đối mặt với biến đổi khí hậu và các thảm họa thiên nhiên khác.
Người máy trong bầy đàn có tiềm năng được mở rộng quy mô để tạo ra ong và côn trùng tổng hợp có thể thụ phấn cho cây trồng và các loại cây quan trọng khác để đảm bảo sự tồn tại của chúng và ngăn chặn thảm họa.
Các nhiệm vụ cần được hoàn thành ở những địa điểm khổng lồ hoặc không có cấu trúc, nơi không có cơ sở hạ tầng có thể được sử dụng để quản lý rô bốt, chẳng hạn như không có mạng truyền thông có thể truy cập hoặc hệ thống bản địa hóa toàn cầu, là một miền ứng dụng khả thi khác cho rô bốt bầy đàn.
Các bầy robot có thể được sử dụng cho những loại nhiệm vụ này vì chúng có thể hoạt động độc lập mà không cần sự hỗ trợ của bất kỳ cơ sở hạ tầng hoặc sự phối hợp nào từ bên ngoài.
Thăm dò, giám sát, rà phá bom mìn và tìm kiếm cứu nạn dưới nước hoặc ngoài hành tinh là một vài ví dụ về các công việc trong môi trường khổng lồ và phi cấu trúc.
Ngoài ra, có ý kiến cho rằng các kỹ thuật robot bầy đàn có thể được sử dụng để thay thế gần như hoàn toàn các lực lượng thông thường.
Dưới dạng máy bay không người lái tự động, robot đã được sử dụng rộng rãi bởi một số lực lượng không quân trên toàn thế giới và hải quân Hoa Kỳ đã thử nghiệm với các hạm đội robot có thể phản ứng với các mối đe dọa ngay lập tức.
May mắn thay, có những ứng dụng khác lành tính hơn nhiều cho công nghệ này. Việc sử dụng các robot bầy đàn để quản lý mạng lưới các phương tiện trên mặt đất hoặc trên không hoặc để xây dựng một sứ mệnh thám hiểm mạnh mẽ có thể mở đường cho các phương tiện tự hành.
Kết luận
Tóm lại, Swarm Robotics đang phát triển và lớn mạnh, và các tính năng như quyền tự chủ của robot, điều khiển phi tập trung, khả năng ra quyết định nhóm, khả năng chịu lỗi cao, v.v. làm cho Swarm Robotics rất phù hợp để giải quyết các vấn đề thực tế.
Các ứng dụng trong tương lai cho rô bốt bầy đàn sẽ bao gồm phân phối vật liệu được nhắm mục tiêu, canh tác chính xác, in 3D bầy đàn, giám sát, phòng thủ, hoạt động tìm kiếm và cứu hộ, v.v.
Làm cho quá trình sản xuất bầy đàn trở nên hiệu quả về mặt kinh tế và phát triển một cách tiếp cận đáng tin cậy để xây dựng thuật toán điều khiển cho từng thành viên của bầy đàn là hai trong số những vấn đề quan trọng cần phải được khắc phục trong quá trình này.
Bình luận