Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Рой микророботов Jasmine с открытым исходным кодом подзаряжается
Команда iRobot Create robots в Технологическом институте Джорджии

Робототехника Swarm - это подход к координации нескольких роботов как системы, состоящей из большого количества в основном простых физических роботов . [1] Предполагается, что желаемое коллективное поведение возникает из взаимодействий между роботами и взаимодействия роботов с окружающей средой. [2] Этот подход появился в области искусственного интеллекта роя , а также в биологических исследованиях насекомых, муравьев и других областях природы, где происходит поведение роя .

Определение [ править ]

Исследование роевой робототехники заключается в изучении конструкции роботов, их физического тела и их контролирующего поведения . [2] Это вдохновило , но не ограничивается [3] в поведении эмерджентнога наблюдается в социальных насекомых , называемом роя разведкой . Относительно простые индивидуальные правила могут вызвать большой набор сложных поведений роя . Ключевой компонент - это общение между членами группы, которое выстраивает систему постоянной обратной связи. Поведение роя предполагает постоянное изменение индивидуумов в сотрудничестве с другими, а также поведение всей группы.

В отличие от распределенных робототехнических систем в целом, ройная робототехника подчеркивает большое количество роботов и способствует масштабируемости , например, за счет использования только локальной связи. [4] Такая локальная связь, например, может быть достигнута с помощью систем беспроводной передачи, таких как радиочастота или инфракрасный порт . [5]

Цели и приложения [ править ]

Миниатюризация и стоимость - ключевые факторы в роевой робототехнике. Это ограничения при создании больших групп роботов; поэтому следует подчеркнуть простоту отдельного члена команды. Это должно мотивировать интеллектуальный подход к рою для достижения осмысленного поведения на уровне роя, а не на индивидуальном уровне.
Многие исследования были направлены на достижение простоты на уровне отдельных роботов. Возможность использовать реальное оборудование в исследованиях Swarm Robotics вместо моделирования позволяет исследователям обнаруживать и решать гораздо больше проблем и расширять сферу исследований Swarm Research. Таким образом, разработка простых роботов для исследования разведки Swarm - очень важный аспект этой области. Цели включают в себя снижение стоимости отдельных роботов для обеспечения масштабируемости., делая каждого члена роя менее требовательным к ресурсам и более энергоэффективным.

По сравнению с отдельными роботами, рой обычно может разложить заданные миссии на свои подзадачи; [1] рой более устойчив к частичному отказу роя и более гибок в отношении различных миссий. [1] [6]

Одной из таких роевых систем является роботизированная система LIBOT [7], в которой используется недорогой робот, созданный для уличной робототехники. Роботы также сделаны с приспособлениями для использования внутри помещений через Wi-Fi, поскольку датчики GPS обеспечивают плохую связь внутри зданий. Еще одна такая попытка - это микроробот (Colias) [8], созданный в Лаборатории компьютерного интеллекта Университета Линкольна , Великобритания. Этот микроробот построен на круглом шасси диаметром 4 см и представляет собой недорогую открытую платформу для использования в различных приложениях Swarm Robotics.

Приложения [ править ]

У роевой робототехники есть множество потенциальных применений. К ним относятся задачи, требующие миниатюризации ( наноробототехника , микроботика ), такие как задачи распределенного зондирования в микромашинах или человеческом теле . Одно из самых многообещающих применений роевой робототехники - поисково-спасательные миссии. [9] Стаи роботов разных размеров могут быть отправлены в места, куда спасатели не могут безопасно добраться, для исследования неизвестной среды с помощью бортовых датчиков. [9] С другой стороны, ройная робототехника может быть приспособлена для задач, требующих дешевой конструкции, например, для горнодобывающих или сельскохозяйственных работ. [10]

Более спорно, рои военных роботов могут образовать автономную армию. Военно-морские силы США испытали рой автономных катеров, которые могут самостоятельно управлять и вести наступательные действия. Лодки беспилотные и могут быть оснащены любым оборудованием для сдерживания и уничтожения судов противника. [11]

Во время гражданской войны в Сирии российские силы в регионе сообщали об атаках на их главную военно-воздушную базу в стране с помощью роев самолетов с неподвижным крылом, загруженных взрывчаткой. [12]

Большинство усилий было сосредоточено на относительно небольших группах машин. Однако в 2014 году Гарвард продемонстрировал рой из 1024 отдельных роботов, крупнейший на сегодняшний день. [13]

Еще один большой набор приложений может быть решен с помощью роя микровоздушных аппаратов , которые в настоящее время также широко исследуются. По сравнению с пионерскими исследованиями скоплений летающих роботов с использованием точных систем захвата движения в лабораторных условиях [14] современные системы, такие как Shooting Star, могут управлять группами из сотен микромеханических летательных аппаратов на открытом воздухе [15] с использованием систем GNSS (таких как GPS) , или даже стабилизировать их с помощью бортовых локализации систем [16] , где GPS - недоступен. [17] [18] Стаи микровоздушных аппаратов уже были испытаны в задачах автономного наблюдения [19], отслеживания шлейфов [20] и разведки в компактной фаланге. [21] Были проведены многочисленные работы по совместным группам беспилотных наземных и воздушных транспортных средств с целевыми приложениями совместного мониторинга окружающей среды, [22] одновременной локализации и картографирования , [23] защиты конвоев, [24] и определения местоположения и отслеживания движущихся целей. [25]

Кроме того, был достигнут прогресс в применении автономных роев в области производства, известной как 3D-печать роя . Это особенно полезно для производства больших конструкций и компонентов, где традиционная 3D-печать не может быть использована из-за ограничений размера оборудования. Миниатюризация и мобилизация массы позволяет производственной системе достичь масштабной инвариантности , не ограничиваясь эффективным объемом сборки. Находясь на ранней стадии разработки, рой 3D-печать в настоящее время коммерциализируется стартапами. Использование процесса аддитивного производства металлов с использованием быстрой индукционной печати, Rosotics [26]была первой компанией, которая продемонстрировала роевую 3D-печать с использованием металлической полезной нагрузки, и единственной, которая добилась металлической 3D-печати с бортовой платформы. [27]

Рой дронов [ править ]

Стаи дронов используются для поиска целей, отображения дронов и доставки. [2] Ночью на дисплее дронов обычно используются несколько освещенных дронов для художественного показа или рекламы. Доставляемый рой дронов может перевозить несколько посылок в один пункт назначения одновременно и преодолевать ограничения по полезной нагрузке и батарее одного дронов. [28] Рой дронов может принимать различные формы полета, чтобы снизить общее потребление энергии из-за сил сопротивления. [2] [29]

См. Также [ править ]

  • Муравьиная робототехника
  • Автономные агенты
  • Робототехника, основанная на поведении
  • Флокирование (поведение)
  • Килобот
  • Список новых технологий
  • Микроботика
  • Многоагентная система
  • Наноробототехника
  • Нанотехнологии в художественной литературе
  • Физикомиметика
  • Роботизированные материалы
  • Падающая звезда (дрон)
  • Рой интеллект
  • Роботизированные платформы Swarm
  • Беспилотный летательный аппарат / Квадрокоптер

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Hu, J .; Bhowmick, P .; Ланзон, А. (2020). «Двухуровневая распределенная стратегия управления защитной формацией для линейных систем роя: алгоритм и эксперименты» . Международный журнал робастного и нелинейного управления . 30 (16).
  2. ^ a b c d Hu, J .; Ланзон, А. (2018). «Инновационный трехроторный дрон и связанный с ним распределенный воздушный рой дронов» . Робототехника и автономные системы . 103 : 162-174.
  3. ^ Хант, Эдмунд Р. (2019-03-27). «Социальные животные, которые вдохновляют роботов на новое поведение» . Разговор . Проверено 28 марта 2019 .
  4. ^ Хаманн, Х. (2018). Swarm Robotics: формальный подход . Нью-Йорк: Springer International Publishing. ISBN 978-3-319-74528-2.
  5. ^ Н. Коррелл, Д. Рус. Архитектура и управление сетевыми робототехническими системами. В: Серж Кернбах (Ред.): Справочник по коллективной робототехнике, стр. 81-104, Пан Стэнфорд, Сингапур, 2013.
  6. ^ Каган, E .; Швалб, Н .; Гал, И. (2019). Автономные мобильные роботы и системы с несколькими роботами: планирование движения, связь и роение . Джон Уайли и сыновья. ISBN 9781119212867.
  7. ^ Захуги, Эмаад Мохамед Х .; Шабани, Ахмед М .; Prasad, TV (2012), «Libot: Дизайн недорогого мобильного робота для уличной робототехники», Международная конференция IEEE 2012 года по кибертехнологиям в автоматизации, управлении и интеллектуальных системах (CYBER) , стр. 342–347, doi : 10.1109 / CYBER.2012.6392577 , ISBN 978-1-4673-1421-3, S2CID  14692473
  8. ^ Арвин, Ф .; Мюррей, JC; Личэн Ши; Чун Чжан; Шиган Юэ, « Разработка автономного микроробота для роевой робототехники », Мехатроника и автоматизация (ICMA), Международная конференция IEEE 2014 г., том, №, стр. 635 640, 3–6 августа 2014 г. doi: 10.1109 / ICMA. 2014.6885771
  9. ^ а б Ху, Дж .; Niu, H .; Карраско, Дж .; Lennox, B .; Арвин, Ф., « Автономное исследование с использованием нескольких роботов на базе Вороного в неизвестных средах посредством глубокого обучения с подкреплением » IEEE Transactions по автомобильным технологиям, 2020.
  10. ^ Ху, J .; Тургут, А .; Крайник, Т .; Lennox, B .; Арвин, Ф., « Разработка протокола координации на основе окклюзии для задач автономного робота-пастыря » IEEE Transactions по когнитивным системам и системам развития, 2020.
  11. ^ Лендон, Брэд. «Военно-морские силы США могут« наводнять »врагов роботизированными лодками» . CNN.
  12. ^ Мадригал, Alexis C. (2018-03-07). «Стаи дронов будут ужасающими, и их трудно остановить» . Атлантика . Проверено 7 марта 2019 .
  13. ^ "Самоорганизующийся рой тысяч роботов" . Гарвард . 14 августа 2014 . Проверено 16 августа 2014 .
  14. ^ Кушлеев, А .; Mellinger, D .; Пауэрс, C .; Кумар, В., « К рою гибких микроквадрокоптеров » Автономные роботы, том 35, выпуск 4, стр. 287-300, ноябрь 2013 г.
  15. ^ Vasarhelyi, G .; Virágh, C .; Tarcai, N .; Somorjai, G .; Вичек Т. Наружная стоянка и групповой полет с автономными воздушными роботами . Международная конференция IEEE / RSJ по интеллектуальным роботам и системам (IROS 2014), 2014 г.
  16. ^ Faigl, J .; Крайник, Т .; Чудоба, Дж .; Preucil, L .; Саска М. Недорогая встроенная система для относительной локализации в роях роботов . В ICRA2013: Материалы международной конференции IEEE 2013 г. по робототехнике и автоматизации. 2013.
  17. ^ Saska, M .; Vakula, J .; Preucil, L. Стаи микровоздушных аппаратов, стабилизированные при визуальной относительной локализации . В ICRA2014: Материалы международной конференции IEEE 2014 года по робототехнике и автоматизации. 2014 г.
  18. ^ Саска, М. MAV-рои: беспилотные летательные аппараты , стабилизированные вдоль заданной траектории с использованием бортовой относительной локализации . В материалах Международной конференции по беспилотным авиационным системам (ICUAS) 2015 г. 2015 г.
  19. ^ Saska, M .; Чудоба, Дж .; Preucil, L .; Thomas, J .; Loianno, G .; Треснак, А .; Вонасек, В .; Кумар, В. Автономное развертывание групп микро-летательных аппаратов при совместном наблюдении . В материалах Международной конференции по беспилотным авиационным системам (ICUAS) 2014 г. 2014 г.
  20. ^ Saska, M .; Langr J .; L. Preucil. Отслеживание шлейфа самостабилизирующейся группой микро-летательных аппаратов . В моделировании и моделировании автономных систем, 2014.
  21. ^ Saska, M .; Kasl, Z .; Прейсиль, Л. Планирование движения и управление формациями микровоздушных аппаратов . В материалах 19-го Всемирного конгресса Международной федерации автоматического управления. 2014 г.
  22. ^ Saska, M .; Вонасек, В .; Крайник, Т .; Preucil, L. Координация и навигация неоднородных групп БПЛА-UGV, локализованных с помощью подхода «ястребиный глаз» . В материалах Международной конференции IEEE / RSJ 2012 по интеллектуальным роботам и системам. 2012 г.
  23. ^ Чанг, Сун-Джо и др. « Обзор воздушной робототехники ». IEEE Transactions on Robotics 34.4 (2018): 837-855.
  24. ^ Saska, M .; Вонасек, В .; Крайник, Т .; Preucil, L. Координация и навигация неоднородных формаций MAV – UGV, локализованных с помощью подхода, подобного «ястребиному глазу», в рамках модельной схемы прогнозируемого управления . Международный журнал исследований робототехники 33 (10): 1393–1412, сентябрь 2014 г.
  25. ^ Квон, H; Пак, ди-джей . Надежный метод определения местоположения мобильной цели для совместных беспилотных летательных аппаратов с использованием качества слияния датчиков . Журнал интеллектуальных и робототехнических систем, том 65, выпуск 1, стр. 479-493, январь 2012 г.
  26. ^ https://www.rosotics.com/
  27. ^ «Технология» . 25 июля 2020.
  28. ^ Алькоуз, Бальзам; Бугеттайя, Атман; Мистри, Саджиб (18–24 октября 2020 г.). «Дрон как услуга на основе роя (SDaaS) для доставки» . Международная конференция IEEE по веб-сервисам (ICWS 2020) . Проверено 11 января 2021 года .
  29. ^ Алькоуз, Бальзам; Бугеттайя, Атман (7–9 декабря 2020 г.). «Выбор на основе формации услуг Drone Swarm» . 17-я Международная конференция EAI по мобильным и повсеместным системам: вычисления, сети и услуги . Проверено 11 января 2021 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Полностью децентрализованный рой роботов, выполняющий коллективный поиск и разведку - Applied Complexity Group и Motion, лаборатория контроля энергии в SUTD
  • Рой-боты: Рой самособирающихся артефактов - проект ЕС IST-FET (2001–2005)
  • Отмеченное наградами видео о роевом боте на AAAI 2007