Jump to content

Роевая робототехника

(Перенаправлено с Рой дронов )
Рой с открытым исходным кодом, подзаряжающихся самостоятельно микророботов Jasmine
Команда iRobot Create роботов в Технологическом институте Джорджии.

Роевая робототехника — это подход к координации нескольких роботов как системы, состоящей из большого количества в основном простых физических роботов . В рое роботов коллективное поведение роботов является результатом локальных взаимодействий между роботами, а также между роботами и средой, в которой они действуют. [ 1 ] Предполагается, что желаемое коллективное поведение возникает в результате взаимодействия между роботами и взаимодействия роботов с окружающей средой. Эта идея возникла в области искусственного роевого интеллекта , а также исследований насекомых, муравьев и других областей природы, где имеет место роевое поведение . [ нужна ссылка ]

Определение

[ редактировать ]

Исследования роевой робототехники направлены на изучение физического тела и управляющего поведения роботов. Он вдохновлен, но не ограничен [ 2 ] Эмерджентное поведение, наблюдаемое у социальных насекомых , называется роевым интеллектом . Относительно простые отдельные правила могут привести к большому набору сложных действий роя . Ключевым компонентом является общение между членами группы, выстраивающее систему постоянной обратной связи. Роевое поведение предполагает постоянное изменение особей во взаимодействии с другими, а также поведение всей группы.

В отличие от распределенных роботизированных систем в целом, роевая робототехника предполагает использование большого количества роботов и обеспечивает масштабируемость , например, за счет использования только локальной связи. [ 3 ] Такая локальная связь, например, может быть достигнута с помощью беспроводной систем передачи, таких как радиочастотная или инфракрасная связь . [ 4 ]

Цели и приложения

[ редактировать ]

Миниатюризация и стоимость являются ключевыми факторами в роевой робототехнике. Это ограничения при создании больших групп роботов; поэтому подчеркивается простота отдельного члена команды. Это мотивирует использовать коллективный интеллектуальный подход для достижения значимого поведения на уровне стаи, а не на индивидуальном уровне.
Многие исследования были направлены на достижение этой цели — простоты на уровне отдельного робота. [ нужна ссылка ] Возможность использовать реальное оборудование при исследовании Swarm Robotics, а не моделирование, позволяет исследователям столкнуться и решить гораздо больше проблем, а также расширить сферу исследований Swarm. Таким образом, разработка простых роботов для исследований интеллекта Swarm является очень важным аспектом этой области. Целью является сохранение низкой стоимости отдельных роботов, чтобы обеспечить масштабируемость , сделать каждого робота менее требовательным к ресурсам и более энергоэффективным.

По сравнению с отдельными роботами, рой обычно может разложить свои миссии на подзадачи; [ 5 ] рой более устойчив к частичному отказу и более гибок в отношении различных задач. [ 6 ]

Одной из таких роевых систем является роботизированная система LIBOT. [ 7 ] Речь идет о недорогом роботе, созданном для роевой робототехники на открытом воздухе. Роботы также предназначены для использования внутри помещений через Wi-Fi, поскольку датчики GPS обеспечивают плохую связь внутри зданий. Еще одна такая попытка — микроробот (Колиас), [ 8 ] построен 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.

Пять принципов роевого интеллекта роботов

[ редактировать ]

Проектирование систем роевой робототехники основано на принципах роевого интеллекта, которые способствуют отказоустойчивости, масштабируемости и гибкости. [1] Хотя существуют различные формулировки принципов роевого интеллекта, одна широко признанная совокупность включает в себя:

  1. Осведомленность: каждый член роя должен знать о своем окружении и возможностях.
  2. Автономия. Отдельные роботы должны функционировать как автономные единицы, а не как подчиненные центральному контроллеру. Это позволяет самостоятельно распределять задачи.
  3. Солидарность: Члены роя должны сотрудничать в духе солидарности. После выполнения задачи каждый робот должен самостоятельно искать новые задачи исходя из своего текущего положения.
  4. Расширяемость: Система должна обеспечивать динамическое расширение, позволяя беспрепятственно добавлять новых участников.
  5. Устойчивость: рой должен быть самовосстанавливающимся. Если участники удаляются, оставшиеся роботы должны взять на себя незавершенные задачи. [ 9 ]

Приложения

[ редактировать ]

Потенциальных применений роевой робототехники много. К ним относятся задачи, требующие миниатюризации ( нанороботы , микробототехника ), такие как задачи распределенного зондирования в микромашинах или человеческом теле. Одно из наиболее многообещающих применений роевой робототехники — поисково-спасательные операции. [ 10 ] Стаи роботов разных размеров могут быть отправлены в места, куда спасатели не могут безопасно добраться, чтобы исследовать неизвестную среду и решать сложные лабиринты с помощью бортовых датчиков. [ 10 ] С другой стороны, роевая робототехника может подойти для задач, требующих дешевых конструкций, например, для горнодобывающей промышленности или сельскохозяйственных пастушеских задач. [ 11 ]

Еще более спорно то, что стаи военных роботов могут сформировать автономную армию. Военно-морские силы США протестировали ряд автономных лодок, которые могут самостоятельно управлять и предпринимать наступательные действия. Лодки являются беспилотными и могут быть оснащены любым оборудованием для сдерживания и уничтожения кораблей противника. [ 12 ]

Во время гражданской войны в Сирии российские войска в регионе сообщали об атаках на их главную базу ВВС в стране стаями дронов с неподвижным крылом, начиненных взрывчаткой. [ 13 ]

Большинство усилий было сосредоточено на относительно небольших группах машин. Однако в 2014 году Гарвард продемонстрировал самый крупный на сегодняшний день рой, состоящий из 1024 отдельных роботов. [ 14 ]

Другой большой набор задач может быть решен с использованием групп микровоздушных транспортных средств , которые в настоящее время также широко исследуются. По сравнению с новаторскими исследованиями роев летающих роботов с использованием точных систем захвата движения в лабораторных условиях, [ 15 ] современные системы, такие как Shooting Star, могут управлять группами из сотен микролетательных аппаратов на открытом воздухе. [ 16 ] используя системы GNSS (такие как GPS) или даже стабилизируя их с помощью бортовых локализации систем [ 17 ] где GPS недоступен. [ 18 ] [ 19 ] Стаи микролетательных аппаратов уже опробованы в задачах автономного наблюдения. [ 20 ] отслеживание шлейфа, [ 21 ] и разведка компактной фалангой. [ 22 ] Были проведены многочисленные работы по совместной работе групп беспилотных наземных и летательных аппаратов с целевым применением совместного мониторинга окружающей среды. [ 23 ] одновременная локализация и картографирование , [ 24 ] охрана конвоев, [ 25 ] и локализация и отслеживание движущихся целей. [ 26 ]

Кроме того, достигнут прогресс в применении автономных роев в сфере производства, известных как роевая 3D-печать . Это особенно полезно для производства крупных конструкций и компонентов, где традиционная 3D-печать не может быть использована из-за ограничений по размеру оборудования. Миниатюризация и массовая мобилизация позволяют производственной системе достичь масштабной инвариантности , не ограничиваясь эффективным объемом сборки. Несмотря на то, что роевая 3D-печать находится на ранней стадии разработки, в настоящее время ее коммерциализируют стартапы. Используя процесс аддитивного производства металлов быстрой индукционной печати, Rosotics [ 27 ] была первой компанией, продемонстрировавшей роевую 3D-печать с использованием металлической полезной нагрузки, и единственной, которая осуществила металлическую 3D-печать с бортовой платформы. [ 28 ]

Роение дронов

[ редактировать ]

Рои дронов используются для поиска целей, демонстрации дронов и доставки. В демонстрациях дронов обычно используются несколько освещенных дронов в ночное время для художественной демонстрации или рекламы. Рой дронов при доставке может доставлять несколько посылок в один пункт назначения одновременно и преодолевать ограничения полезной нагрузки и аккумулятора одного дрона. [ 29 ] Рой дронов может выполнять различные полёты , чтобы снизить общее потребление энергии из-за сил сопротивления. [ 30 ]

Роение дронов также может сопровождаться дополнительными проблемами контроля, связанными с человеческим фактором и оператором роя. Примеры этого включают высокие когнитивные потребности и сложность взаимодействия с несколькими дронами из-за изменения внимания между разными отдельными дронами. [ 31 ] [ 32 ] Связь между оператором и роем также является центральным аспектом. [ 33 ]

Акустические рои

[ редактировать ]

В 2023 году исследователи Вашингтонского университета и Microsoft продемонстрировали акустические стаи крошечных роботов, которые создают умные динамики, меняющие форму. [ 34 ] Их можно использовать для управления акустическими сценами, чтобы сосредоточить внимание или приглушить звуки из определенного региона комнаты. [ 35 ] Здесь крошечные роботы взаимодействуют друг с другом, используя звуковые сигналы, без каких-либо камер, чтобы совместно перемещаться с точностью до сантиметра. Эти роевые устройства распределяются по поверхности, образуя распределенную и реконфигурируемую решетку беспроводных микрофонов. Они также возвращаются к зарядной станции, где их можно автоматически подзарядить. [ 36 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Дориго, Марко; Бираттари, Мауро; Брамбилл, Мануэле (2014). «Рой робототехники» . Схоларпедия . 9 (1): 1463. Бибкод : 2014SchpJ...9.1463D . doi : 10.4249/scholarpedia.1463 .
  2. ^ Хант, Эдмунд Р. (27 марта 2019 г.). «Социальные животные, которые вдохновляют стаи роботов на новое поведение» . Разговор . Проверено 28 марта 2019 г.
  3. ^ Хаманн, Х. (2018). Роевая робототехника: формальный подход . Нью-Йорк: Международное издательство Springer. ISBN  978-3-319-74528-2 .
  4. ^ Н. Коррелл, Д. Рус. Архитектуры и управление сетевыми робототехническими системами. В: Серж Кернбах (ред.): Справочник по коллективной робототехнике, стр. 81–104, Pan Stanford, Сингапур, 2013.
  5. ^ Ху, Дж.; Бхоумик, П.; Ланзон, А. (2020). «Двухуровневая распределенная стратегия управления формацией-сдерживанием для линейных роевых систем: алгоритм и эксперименты» . Международный журнал робастного и нелинейного управления . 30 (16): 6433–6453. дои : 10.1002/rnc.5105 .
  6. ^ Каган, Э.; Швальб, Н.; Гал, И. (2019). Автономные мобильные роботы и мультироботные системы: планирование движения, коммуникация и роение . Джон Уайли и сыновья. ISBN  9781119212867 .
  7. ^ Захуги, Эмаад Мохамед Х.; Шабани, Ахмед М.; Прасад, ТВ (2012), «Либот: Проектирование недорогого мобильного робота для уличной роевой робототехники», Международная конференция IEEE по кибертехнологиям в автоматизации, управлении и интеллектуальных системах (CYBER), 2012 г. , стр. 342–347, doi : 10.1109/КИБЕР.2012.6392577 , ISBN  978-1-4673-1421-3 , S2CID   14692473
  8. ^ Арвин, Ф.; Мюррей, Джей Си; Личэн Ши; Чунь Чжан; Шиган Юэ, « Разработка автономного микроробота для роевой робототехники », Международная конференция IEEE по мехатронике и автоматизации (ICMA), 2014 г., том, №, стр. 635,640, 3–6 августа 2014 г., doi: 10.1109/ICMA.2014.6885771
  9. ^ Альфонсо (20 сентября 2016 г.). Пять принципов роевого интеллекта . Проверено 14 августа 2024 г. - через YouTube.
  10. ^ Jump up to: а б Ху, Дж.; Ню, Х.; Карраско, Дж.; Леннокс, Б.; Арвин, Ф., « Автономные исследования нескольких роботов на основе Вороного в неизвестных средах посредством глубокого обучения с подкреплением », Транзакции IEEE по автомобильным технологиям, 2020.
  11. ^ Ху, Дж.; Тургут, А.; Крайник, Т.; Леннокс, Б.; Арвин, Ф., « Разработка протокола координации на основе окклюзии для задач автономного роботизированного управления ». Транзакции IEEE в когнитивных системах и системах развития, 2020.
  12. ^ Лендон, Брэд (6 октября 2014 г.). «ВМС США могут «наводнить» противников лодками-роботами» . Си-Эн-Эн.
  13. ^ Мадригал, Алексис К. (07 марта 2018 г.). «Рой дронов будет ужасающим, и его будет трудно остановить» . Атлантика . Проверено 7 марта 2019 г.
  14. ^ «Самоорганизующийся рой из тысячи роботов» . Гарвард . 14 августа 2014 года . Проверено 16 августа 2014 г.
  15. ^ Кушлеев, А.; Меллингер, Д.; Пауэрс, К.; Кумар, В., « К рою маневренных микроквадроторов » Автономные роботы, том 35, выпуск 4, стр. 287–300, ноябрь 2013 г.
  16. ^ Васархели, Г.; Вираг, К.; Таркай, Н.; Соморжай, Г.; Вичек, Т. Наружное скопление и групповой полет с автономными воздушными роботами . Международная конференция IEEE/RSJ по интеллектуальным роботам и системам (IROS 2014), 2014 г.
  17. ^ Файгл, Дж.; Крайник, Т.; Чудоба Дж.; Преусил, Л.; Саска, М. Недорогая встраиваемая система для относительной локализации в стаях роботов . В ICRA2013: Материалы Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации 2013 года. 2013.
  18. ^ Саска, М.; Вакула, Дж.; Преусил, Л. Стаи микролетательных аппаратов, стабилизированные при визуальной относительной локализации . В ICRA2014: Материалы Международной конференции IEEE 2014 г. по робототехнике и автоматизации. 2014.
  19. ^ Саска, М. MAV-рои: беспилотные летательные аппараты, стабилизируемые по заданной траектории с помощью бортовой относительной локализации . В материалах Международной конференции по беспилотным авиационным системам (ICUAS) 2015 г. 2015 год
  20. ^ Саска, М.; Чудоба Дж.; Преусил, Л.; Томас, Дж.; Лоянно, Г.; Треснак, А.; Вонасек, В.; Кумар, В. Автономное развертывание групп микроавиационных аппаратов при совместном наблюдении . В материалах Международной конференции по беспилотным авиационным системам (ICUAS) 2014 г. 2014.
  21. ^ Саска, М.; Лангр Дж.; Л. Преусил. Отслеживание шлейфа самостабилизирующейся группой микролетательных аппаратов . В «Моделировании и симуляции автономных систем», 2014 г.
  22. ^ Саска, М.; Касл, З.; Преусил, Л. Планирование движения и управление формированиями микролетательных аппаратов . В материалах 19-го Всемирного конгресса Международной федерации автоматического управления. 2014.
  23. ^ Саска, М.; Вонасек, В.; Крайник, Т.; Преусил, Л. Координация и навигация разнородных групп БПЛА-УГВ, локализованных с помощью подхода «ястребиный глаз» . Архивировано 10 августа 2017 г. на Wayback Machine . В материалах Международной конференции IEEE/RSJ по интеллектуальным роботам и системам 2012 г. 2012.
  24. ^ Чунг, Сун-Джо и др. « Обзор воздушной робототехники ». Транзакции IEEE по робототехнике 34.4 (2018): 837-855.
  25. ^ Саска, М.; Вонасек, В.; Крайник, Т.; Прейсил, Л. Координация и навигация гетерогенных образований MAV–UGV, локализованных с помощью подхода «ястребьего глаза» в рамках модельной схемы прогнозирующего управления . Международный журнал исследований робототехники 33(10):1393–1412, сентябрь 2014 г.
  26. ^ Квон, Хёксон; Пак, Дэниел Дж. (2012). «Надежный метод локализации мобильных целей для совместных беспилотных летательных аппаратов с использованием качества сенсорного синтеза» . Журнал интеллектуальных и робототехнических систем . 65 (1–4): 479–493. дои : 10.1007/s10846-011-9581-5 . S2CID   254656907 .
  27. ^ «Розотика – решение крупнейших проблем отрасли» .
  28. ^ «Технология» . 25 июля 2020 года. Архивировано из оригинала 4 августа 2020 года . Проверено 16 августа 2020 г. .
  29. ^ Алькоуз, Бальзам; Бугеттайя, Атман; Мистри, Саджиб (18–24 октября 2020 г.). «Дрон как услуга на базе Swarm (SDaaS) для доставки». Международная конференция IEEE по веб-сервисам (ICWS) 2020 года . стр. 441–448. arXiv : 2005.06952 . дои : 10.1109/ICWS49710.2020.00065 . ISBN  978-1-7281-8786-0 . S2CID   218628807 .
  30. ^ Алькоуз, Бальзам; Бугеттая, Атман (7–9 декабря 2020 г.). «Выбор служб роя дронов на основе формации». MobiQuitous 2020 — 17-я Международная конференция EAI по мобильным и повсеместным системам: вычисления, сети и услуги . стр. 386–394. arXiv : 2011.06766 . дои : 10.1145/3448891.3448899 . ISBN  9781450388405 . S2CID   226955877 .
  31. ^ Хокраффер, Эми; Нам, Чанг С. (2017). «Метаанализ интерфейсов человек-система в управлении роем беспилотных летательных аппаратов (БПЛА)». Прикладная эргономика . 58 : 66–80. дои : 10.1016/j.apergo.2016.05.011 . ПМИД   27633199 .
  32. ^ Льюис, Майкл (2013). «Взаимодействие человека с несколькими удаленными роботами». Обзоры человеческого фактора и эргономики . 9 (1): 131–174. дои : 10.1177/1557234X13506688 .
  33. ^ Коллинг, Андреас; Филипп, Уокер; Ниланджан, Чакраборти; Катя, Сикара; Майкл, Льюис (2016). «Взаимодействие человека с стаями роботов: опрос» (PDF) . Транзакции IEEE в человеко-машинных системах . 46 (1): 9–26. дои : 10.1109/THMS.2015.2480801 . S2CID   9975315 .
  34. ^ Итани, Малек; Чен, Туочао; Ёсиока, Такуя; Голлакота, Шьямнатх (21 сентября 2023 г.). «Создание речевых зон с самораспространяющимися акустическими роями» . Природные коммуникации . 14 (1): 5684. Бибкод : 2023NatCo..14.5684I . дои : 10.1038/s41467-023-40869-8 . ISSN   2041-1723 . ПМЦ   10514314 . ПМИД   37735445 .
  35. ^ «Умный динамик, меняющий форму, разработанный командой UW, позволяет пользователям отключать звук в разных частях комнаты» . Новости УВ . Проверено 21 сентября 2023 г.
  36. ^ «Создание речевых зон с использованием самораспространяющихся акустических роев» . acusticswarm.cs.washington.edu . Проверено 21 сентября 2023 г.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b02e0a7c1e6d1ae55609c732dbfc6d76__1718863440
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b0/76/b02e0a7c1e6d1ae55609c732dbfc6d76.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Swarm robotics - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)