Robotyka

Rój robotów, czyli synchroniczny taniec tysiąca maszyn

kilobots

Gdy wyobrażamy sobie roboty przyszłości zazwyczaj widzimy wielkie, skomplikowane maszyny, które potrafią wszystko. Jest to jedna z wizji robotyki. Inna zakłada coś zupełnie innego – a może tak zamiast jednego dużego robota zbudować setki mniejszych i prostych maszyn?

Koncepcja takich robotów-mrówek jest znana w robotyce jako rój. Jak napisałem we wstępnie opiera się ona na wykorzystaniu dużej ilości prostych maszyn do realizacji skomplikowanego zadania. Każdy z robotów w roju działa samodzielnie według pewnych zasad, jednak jako grupa może być uznana jako wielki system przetwarzania rozproszonego.

Inspiracją na naukowców i inżynierów badających możliwości rojów robotów najczęściej bywa natura. Inspiracją bywają kolonie mrówek, pszczół lub termitów, jak również zależności między komórkami w organizmach wielokomórkowych.

Kiloboty

Naukowcy z Harvardu postanowili, że będą naśladować naturę nie jednym wielkim i skomplikowanym, ale wieloma prostymi małymi robotami. Zbudowali  więc 1024 małych robotów niewiele większych od monet, które nazwali Kilobotami, wyposażonych w czujniki podczerwieni i poruszające się dzięki wibracjom nóżek. Póki co potrafią się poruszać i formować zadane kształty bez udziału człowieka (który tylko wybiera kształt). Wystarczy tylko pokazać w co mają się ułożyć, a one same zaczną współpracować między sobą i kontrolować się nawzajem, aby ten kształt osiągnąć.

Kilobots forming shapes

Pracę zaczynają od czterech robotów będących zalążkiem kształtu i stanowiące punkt odniesienia dla innych maszyn. Następnie inne roboty dołączają do nich formując zadany kształt.

Zobaczcie sami jak wyglądają w akcji.

Hod Lipson z Cornell University, który nie był zaangażowany w projekt, mówi, że wyczyn jego kolegów z Harvardu to duże osiągnięcie, ponieważ jest to pierwszy pokaz działającego roju robotów liczący tysiąc osobników. „Już praca z rojem składającym się z dziesiątek lub setek robotów jest trudna, z wieloma trudnościami algorytmicznymi i technicznymi”, mówi.

Zastosowanie rojów robotów

Samoorganizujące się systemy mogą znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach. Algorytmy, które sterują Kilobotami, mogą dobrze odnaleźć się np. w systemach autonomicznych samochodów. Z odpowiedniej perspektywy ruch uliczny wygląda jak rój, ze swoimi prawami i ograniczeniami. Każdy z samochodów w systemie byłby traktowany jak pojedynczy Kilobot i starałby się, aby cały system działał najbardziej optymalnie.

Inne zastosowanie to maszyny zmieniające kształt. W tym przypadku znów można zainspirować się naturą i potraktować pojedyncze roboty jak komórki w organizmie. W zależności od sytuacji i potrzeb „główne ciało” mogłoby się zrekonfigurować, aby jak najlepiej dostosować się do zadania.

Niektórzy widzą w rojach idealny kandydat na programowalną materię. Zahacza to troszkę o nanotechnologię i „magię”. Jeżeli czytaliście Perfekcyjną niedoskonałość Dukaja lub Rój Larsona (obie książki polecam, a w szczególności Dukaja) to możecie już wiedzieć, o co chodzi. Pomysł zakłada istnienie roju miniaturowych maszyn, które mogą się ułożyć w dowolny kształt. Coś jak druk 3D, ale w pełni programowalne. Jeżeli potrzebujesz łopaty, roboty zbudują ci łopatę. Jeżeli potrzebujesz kubek, te same roboty zbudują ci kubek.

A z bardziej przyziemnych zastosować to roje robotów mogą znaleźć zastosowanie w zadaniach, które wydają się być skomplikowane, ale po rozbiciu na odpowiednie podzadania są bardzo proste. Wyobraźcie sobie, że macie pole usłane kamieniami i musicie je oczyścić. Możecie zbudować wielkiego i skompilowanego robota, który wykona to zadanie. Ale równie dobrze możecie zbudować mnóstwo małych robotów-spycharek z prostym algorytmem – przesuwaj to coś do oporu, a potem znajdź sobie coś innego do przesunięcia.

Na tym filmie przedstawiono o co chodzi w tym pomyśle.

Roje robotów mogą się również przydać na budowach. Znowu naukowcy z Harvardu podpatrzyli naturę, a dokładnie termity podczas budowania swoich konstrukcji. Swoje obserwacje zaimplementowali w małych i prostych robotach, które potrafią same budować skomplikowane struktury.

Zaletą roju jest to, że utrata pewnej ilości robotów nie oznacza automatycznie porażki misji. Może to być szczególnie przydatne w misjach o dużym ryzyku, np. misje kosmiczne lub w ciężkich warunkach. Utrata jednego wielkiego robota to od razu porażka misji, ale utrata nawet 80-90% małych robotów nie oznacza spisanie misji na straty. Pozostałe maszyny będą w stanie kontynuować dane zadanie.

I na koniec miła wiadomość dla majsterkowiczów i hakerów

I dla wszystkich, którzy chcieliby stworzyć swój własny rój robotów. Możecie sami zbudować Kiloboty korzystając z informacji zawartych na tej stronie. Cena jednego robota według twórców powinna być w pobliżu 20$.

Tylko musicie być bardzo cierpliwi, gdy Kiloboty będą układać wasz wymarzony wzorek. Zauważcie, że czas formowania jednego wzoru jest liczony w godzinach.

Podobne wpisy