Synchronizacja roju robotów humanoidalnych za pomocą wykrywania kworum

W ostatnich latach różne firmy i laboratoria opracowały imponujące humanoidalne roboty, które chodzą, tasują, a nawet biegają. Niektórzy tańczą nawet w grupach liczących do 20 osób, wykonując wyrafinowane układy choreograficzne.

Ten rodzaj synchronizacji nie jest łatwym zadaniem. Jednym ze sposobów, aby to zrobić, jest wyznaczenie jednego robota jako lidera, który transmituje szczegóły jego ruchu i pozycji w sieci, za którą podążają wszystkie inne roboty.

Problem polega na tym, że dynamika sieci nie jest tak przewidywalna, jak chcieliby choreografowie. Małe opóźnienia około pół sekundy są powszechne, podczas gdy niektóre wiadomości mogą być opóźnione o kilka sekund. To zdecydowanie nie wystarczy na rutynę taneczną lub jakikolwiek inny rodzaj zsynchronizowanego zachowania.

Dlatego podejście preferowane przez robotyków polega na zaprogramowaniu każdego robota za pomocą rutyny tanecznej, zsynchronizowaniu ich wewnętrznych zegarów na początku występu, a następnie pozostawieniu ich temu.

Zaletą jest to, że jeśli wydajność jest rozsądnie niska, szanse na desynchronizację zegarów mogą być niewielkie. Wadą jest to, że jeśli roboty ulegną desynchronizacji — na przykład jeden z nich się przewróci — nie ma możliwości odzyskania synchronizacji.

Tak więc robotycy szukali lepszej formy synchronizacji, która byłaby bardziej odporna na różne próby i nieszczęścia, które spotykają tancerzy-robotów. Dziś Patrick Bechon i Jean-Jacques Slotine z Massachusetts Institute of Technology w Cambridge ujawniają nowe podejście oparte na biologicznym zjawisku quorum sensing.

Biolodzy od dawna zastanawiają się nad zdolnością bakterii i owadów społecznych do wyczuwania nie tylko obecności rodaków, ale także ich liczby i synchronizowania ich zachowań.

Okazuje się, że te stworzenia dokonują tej synchronizacji za pomocą procesu zwanego quorum sensing. Działa to poprzez ciągłe uwalnianie cząsteczek sygnałowych do środowiska, jednocześnie mierząc lokalne stężenie tych cząsteczek.

Ta koncentracja rośnie, gdy do lokalnej populacji dołącza coraz więcej stworzeń, a zatem jest skuteczną miarą gęstości populacji. Gdy stężenie wzrasta powyżej pewnego poziomu progowego, wyzwala inne zachowanie, takie jak podział komórek, produkcja patogenów i budowanie gniazd.

Teraz Bechon i Slotine twierdzą, że podobne podejście zapewnia niezawodny sposób na synchronizację robotów humanoidalnych. Idealnym podejściem do synchronizacji jest to, aby każdy robot miał dostęp do pozycji każdego innego robota. Zamiast tego podejście quorum sensing daje każdemu robotowi dostęp do zmiennej globalnej, takiej jak średnia pozycja lub średni czas zegara. Każdy robot może również zmienić tę zmienną, ponieważ przyczynia się ona do średniej.

Chodzi o to, że jeśli każdy robot spróbuje zsynchronizować się z tą globalną średnią, rój jako całość powinien zachować odpowiedni czas.

Ci faceci testują swoje podejście z grupą ośmiu robotów NAO zbudowanych przez francuską firmę robotyczną Aldebaran. Każdy ma wewnętrzny zegar, który próbuje zsynchronizować się z globalnym średnim czasem utrzymywanym przez centralny serwer.

Należy podkreślić, że serwer nie działa jako master, a roboty jako slave, które po prostu podążają za jego sygnałem. Jeśli połączenie z centralą zostanie utracone, roboty po prostu kontynuują pracę, ale bez scentralizowanej synchronizacji.

Zamiast tego serwer centralny jest bardziej rodzajem środowiska, które roboty mogą wyczuwać i wchodzić w interakcje.

Ten układ ma tę istotną zaletę, że jeśli jeden robot się przewróci, może po prostu wstać i dołączyć ponownie, gdy zsynchronizuje swoje ruchy z grupą ( zobacz wideo ).

Ta praca jest częścią szerszego rozwoju robotyki. Pojawienie się stosunkowo tanich robotów humanoidalnych z Aldebaran i innych firm oznacza, że ​​możliwa jest teraz synchronizacja rojów humanoidalnych na dużą skalę.

To interesujące, ponieważ podczas gdy synchronizacja pozwala dużej liczbie robotów robić to samo w tym samym czasie – na przykład tańczyć lub maszerować – umożliwia również dużej liczbie robotów wykonywanie różnych, ale powiązanych ze sobą zadań w tym samym czasie.

Innymi słowy, synchronizacja jest technologią umożliwiającą współpracę na dużą skalę. A to otwiera drogę do zupełnie nowego zestawu zadań, które mogą wykonywać roboty — pomyśl o produkcji i konstrukcji. Może nawet budowanie gniazd.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1205.2952 : Synchronizacja i wykrywanie kworum w roju humanoidalnych robotów

ukryć