Природа - один из самых ценных источников вдохновения для разработчиков робототехники. За последние несколько десятилетий технологии развились настолько, что позволяют ученым создавать машины, имитирующие живых существ. И это касается не только аппаратной составляющей, но и поведения роботов.
Исследовательская группа из Манчестерского университета недавно представила новую технологию поведения для роевой робототехники. Для ее разработки ученые скопировали существующую систему химической коммуникации у живых муравьев.
Химическое общение
Феромоны - химические вещества, которые выделяются организмом в окружающую среду, вызывая определенные поведенческие реакции у других животных. У разных видов в разных ситуациях высвобождение феромонов может иметь разное значение. Оно может являться сигналом к спариванию, предупреждением об опасности, меткой территории или сообщением о наличии пищи. У муравьев феромоны являются одним из основных способов коммуникации. Именно благодаря им колония действует как единый организм. Ученые попытались повторить этот принцип в робототехнике.
“Наша главная идея состояла в разработке биоинспирированной системы связи на базе химической коммуникации социальных животных”, - говорит Фаршад Арвин, один из авторов разработки.
В прошлом ученые уже пытались создавать системы коммуникации для роботов, где в качестве заменителя феромонов использовался алкоголь, RFID-метки или свет. Одна из самых эффективных систем на сегодняшний день называется COSΦ. В ней роль феромонов выполняют светодиоды.
Арвин и его коллеги разработали свою систему именно на основе COSΦ. При этом они использовали модель, учитывающую, как феромоны распространяются в пространстве со временем. Эта модель черпает вдохновение из того, как жидкость течет в природе.
“Чтобы получить реалистичную модель феромонной системы, мы должны были смоделировать все параметры реальных феромонов, такие как испарение и рассеивание, а также учесть воздействие окружающей среды, вроде воздействия ветра. Модель, которую мы предложили, является надежной и реалистичной моделью, имитирующей химическую связь насекомых”, - говорит Арвин.
Исследователи уже протестировали свою искусственную феромонную систему в серии экспериментов, где рой небольших мобильных роботов передвигался и адаптировался к различным факторам окружающей среды. Результаты оказались очень многообещающими. Система позволяла роботам эффективно общаться и побуждала членов роя к сложному групповому поведению.
Зачем это нужно?
Благодаря роевому интеллекту и псевдохимической коммуникации машины могут сохранять эффективность, даже будучи отрезанными от какой-либо привычной коммуникации. Дайте такой роевой интеллект автономной боевой технике, и она будет совершенно невосприимчива к глушению или перебоям связи. Боевые роботы продолжат свою миссию, даже если будет разрушен командный центр, отправивший их в бой. Ведь рою не нужен единый центр управления. Алгоритмы распределены между множеством особей, но система в целом ведет себя как единый организм. И она не потеряет эффективности до тех пор, пока количество функционирующих особей в рое не снизится до некоего минимально допустимого значения.
Активные боевые действия - далеко не единственное применение для новой разработки. “Насекомоподобная” коммуникация может быть использована для улучшения связи между отдельными роботами в группе, которая выполняет разведывательные миссии в отдаленных географических районах, в сложных или неблагоприятных погодных условиях.
“В настоящее время мы расширяем нашу систему в трех направлениях. Первое - разработка альтернативных систем связи для использования в реальных сценариях, например, с использованием света или звука для передачи небольших пакетов данных рою. Второе - расширение системы дополнительными слоями “феромонов”, например различными цветами и частотами. Третье - исследование эволюционной системы роя, где вся система становится сложнее и эффективнее с течением времени”, - говорит Арвин.
Подробнее об этой удивительной разработке можно прочитать в журнале SAGE Adaptive Behavior.
