Автономные самоорганизующиеся роботы

30.08.2017

Первый тысячный флешмоб роботов собрался в Гарвардском университете.

«Сформируйте форму морской звезды», — направляет программист, посылая команду в 1 024 небольших личинки одновременно через инфракрасный свет. Роботы начинают мигать друг другу и затем постепенно выстраиваются в пятиконечную звезду. «Теперь сформируйте букву К», — командует программист.

«К» обозначает «килобот» — имя, данное этим чрезвычайно простым роботам, каждый из которых всего несколько сантиметров в длину. Вместо одного сложного робота «килограмм» этих роботов сотрудничает, обеспечивая простую платформу для постановки сложных форм поведения.

Так же, как триллионы отдельных клеток могут собраться в интеллектуальный организм или тысяча скворцов может сформировать большое течение, мигрирующее по небу, килоботы демонстрируют, как сложность может явиться результатом очень простых действий, выполненных в массе. Для программистов они также представляют значительную веху в развитии коллективного искусственного интеллекта (ИИ).

Этот рой самоорганизации был создан в лаборатории Радхикой Нэгпэл Фредом Кэвли, профессором информатики в Школе инженерных и прикладных наук (ШИПН) Гарварда и старшим преподавателем в Институте Висс при Гарвардском университете.

«Красота биологических систем состоит в том, что они изящно просты, но все же в больших количествах достигают невозможного, — говорит Нэгпэл. — В общей массе Вы даже не видите отдельные единицы, Вы просто рассматриваете коллектив как одно целое».

«Биологические коллективы включают огромное количество сотрудничающих элементов. Думаете ли Вы о клетках, насекомых или животных, которые вместе выполняют единственную задачу, которая вне досягаемости для любого человека?» — говорит ведущий автор Майкл Рубинштейн, научный сотрудник ШИПН Гарварда и Института Висс.

Как пример, она описывает поведение колонии муравьев. Соединяясь, они могут формировать плоты и мосты, чтобы пересечь трудный ландшафт. В каракатице изменения цвета на уровне отдельных клеток могут помочь всему организму слиться с окружающей средой. (Нэгпэл указывает с улыбкой: «Стая рыб в кино «В поисках Немо» также сотрудничает, когда они формируют форму стрелы, чтобы направить Немо к реактивной струе»).

«Мы особенно вдохновлены системами, где отдельные единицы могут самособраться вместе, чтобы решать проблемы», — говорит Нэгпэл. Ее исследовательская группа в феврале 2014 года обнародовала новости о группе роботов-термитов, которые могут совместно выполнять строительные задачи, используя простые формы координации.

Но алгоритм, который инструктирует тех роботов, еще не был продемонстрирован в очень большом рое. Фактически только несколько роев роботов до настоящего времени превысили 100 единиц из-за алгоритмических ограничений на координирование таких больших количеств, а также стоимости и труда, затраченных на изготовление физических устройств.

Исследовательская группа преодолела обе из этих проблем посредством вдумчивого дизайна.

1-aselforganiz

Прежде всего килоботы не потребовали никакого микроуправления или вмешательства, как только начальный набор инструкций был поставлен. Четыре робота отмечают происхождение системы координат, все другие роботы получают 2D-изображение, которому они должны подражать, и затем, используя очень примитивное поведение, они двигаются, принимая приемлемое положение. С соавтором Алехандро Корнехо, постдокторантом в ШИПНе Гарварда и Институте Висс, они продемонстрировали математическое доказательство, что поведение отдельных единиц приводит к правильному глобальному результату.

Килоботы также исправляют свои собственные ошибки. Если формируется пробка или робот перемещается вне курса — ошибки, которые распространены намного чаще в многочисленной группе, соседние роботы ощущают проблему и сотрудничают, чтобы исправить ее.

Каждый робот перемещается, используя два вибрирующих двигателя, которые позволяют ему скользить по поверхности на твердых ногах. Инфракрасный передатчик и приемник позволяют ему общаться с несколькими его соседями и измерять их близость, но роботы близоруки и не имеют никакого доступа к видимому с большого расстояния представлению. Рубинштейн объясняет: «Эти роботы намного более простые, чем многие другие, и в результате их способности более разнообразны и менее надежны, — говорит он. — Например, килоботы испытывают затруднения при перемещении по прямой линии, и точность ощущения расстояния может варьироваться от робота к роботу».

В больших масштабах умный алгоритм преодолевает эти отдельные ограничения и физически, и математически, так что роботы могут выполнить поставленную человеком задачу, в данном случае собирание в определенные формы.

aselforganiz

«Все чаще мы хотим видеть большие количества сотрудничающих роботов, будь то экологическая очистка, или быстрая ликвидация чрезвычайных ситуаций, или миллионы самоходных автомобилей на наших шоссе, — говорит Нэгпэл. — Понимание того, как проектировать качественные системы в таких масштабах — очень важно».

На данный момент килоботы обеспечивают существенный испытательный фундамент для алгоритмов искусственного интеллекта.

Реальная динамика — физические взаимодействия и изменчивость, имеет большое значение, и наличие килоботов для проверки алгоритмов на реальных роботах помогает лучше понять, как предотвратить неудачи, которые происходят в этих крупных масштабах.

Дизайн робота-килобота и программное обеспечение, первоначально созданное группой Нэгпэл в Гарварде, являются доступным открытым источником для некоммерческого использования.

Комментариев нет

Обсуждение закрыто.

Яндекс.Метрика