Ройная робототехника - Swarm robotics

Рой Открытый исходный код Микророботы Jasmine подзаряжаются
Команда iRobot Create роботы на Технологический институт Джорджии

Ройная робототехника это подход к координации нескольких роботов как системы, состоящей из большого количества в основном простых физических роботы. Предполагается, что желаемый коллективное поведение возникает в результате взаимодействия роботов и взаимодействия роботов с окружающей средой. Такой подход появился в области искусственный интеллект роя, а также биологические исследования насекомых, муравьев и других областей в природе, где рое поведение происходит.

Определение

Исследование роя робототехника заключается в изучении конструкции роботов, их физического тела и управления ими поведение. Он вдохновлен, но не ограничен[1] то эмерджентное поведение наблюдается в социальные насекомые, называется рой интеллект. Относительно простые отдельные правила могут создать большой набор сложных поведение роя. Ключевой компонент - это общение между членами группы, которое создает систему постоянной обратной связи. Поведение роя предполагает постоянное изменение индивидуумов в сотрудничестве с другими, а также поведение всей группы.

В отличие от распределенные робототехнические системы в целом робототехника роя подчеркивает большой количество роботов и продвигает масштабируемость, например, используя только локальную связь.[2] Эта локальная связь, например, может быть достигнута беспроводной системы передачи, например радиочастота или инфракрасный.[3]

Цели и приложения

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 этой цели 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 снижение стоимости отдельных роботов, чтобы масштабируемость, 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; Рой более устойчив к частичному отказу роя и более гибок в отношении различных миссий. [4].

Одной из таких систем роя является роботизированная система LIBOT.[5] это включает в себя 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),[6] построен в Лаборатории компьютерного интеллекта на Университет Линкольна, ВЕЛИКОБРИТАНИЯ. Этот микроробот построен на 4-сантиметровом круглом шасси и представляет собой недорогую открытую платформу для использования в различных приложениях Swarm Robotics.

Приложения

У роевой робототехники много потенциальных применений. Они включают задачи, требующие миниатюризация (наноробототехника, микроботика ), как и задачи распределенного зондирования в микромашина или человеческое тело. Одно из самых многообещающих применений роевой робототехники - это спасательные операции при катастрофах.[7]. Стаи роботов разных размеров могут быть отправлены в места, куда спасатели не могут безопасно добраться, чтобы обнаружить присутствие жизни с помощью инфракрасных датчиков. С другой стороны, роевая робототехника может быть приспособлена для задач, требующих дешевой конструкции, например добыча полезных ископаемых или сельскохозяйственный собирательство задачи[8].

Более спорно, рои военные роботы может сформировать 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.[9]

В течение Сирийская гражданская война, Российские силы в регионе сообщили об атаках на их главную военно-воздушную базу в стране роем самолетов с неподвижным крылом, загруженных взрывчаткой.[10]

Большинство усилий было сосредоточено на относительно небольших группах машин. Однако в 2014 году Гарвард продемонстрировал рой из 1024 отдельных роботов, крупнейший на сегодняшний день.[11]

Другой большой набор приложений может быть решен с помощью множества микро воздушные транспортные средства, которые также широко исследуются в настоящее время. По сравнению с пионерскими исследованиями скоплений летающих роботов с использованием точных захвата движения системы в лабораторных условиях,[12] современные системы, такие как Падающая звезда может управлять командами из сотен микровлеток на открытом воздухе[13] с помощью GNSS системы (например, GPS) или даже стабилизировать их с помощью бортовых локализация системы[14] где GPS недоступен.[15][16] Стаи микровоздушных аппаратов уже прошли испытания в задачах автономного наблюдения,[17] отслеживание шлейфа,[18] и разведка компактной фалангой.[19] Были проведены многочисленные работы по совместным группам беспилотных наземных и летательных аппаратов с целевыми приложениями совместного мониторинга окружающей среды,[20] одновременная локализация и отображение,[21] охрана конвоя,[22] локализация и сопровождение движущихся целей.[23]

Кроме того, был достигнут прогресс в применении автономных роев в области производства, известных как рой 3D печать. Это особенно полезно для производства крупных конструкций и компонентов, где традиционные 3D печать не может быть использован из-за ограничений размера оборудования. Миниатюризация и массовая мобилизация позволяют производственной системе достичь масштабная инвариантность, не ограничен эффективным объемом сборки. Находясь на ранней стадии разработки, рой 3D-печать в настоящее время коммерциализируется стартапами. Используя процесс аддитивного производства металла с быстрой индукционной печатью, Розетика[24] была первой компанией, которая продемонстрировала роевую 3D-печать с использованием металлической полезной нагрузки, и единственной, которая добилась металлической 3D-печати с бортовой платформы.[25]

Дисплеи дронов

Основная статья: Дисплей дрона

В показе дронов обычно используются несколько освещенных дронов ночью для художественного показа или рекламы.

В популярной культуре

Основной сюжет Диснея Большой герой 6 вовлекал использование роев микроботов для формирования структур.

Робототехника Swarm используется в тамильском фильме, Энтиран, и его продолжение 2.0.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хант, Эдмунд Р. (27 марта 2019 г.). «Социальные животные, которые вдохновляют роботов на новое поведение». Разговор. Получено 2019-03-28.
  2. ^ Хаманн, Х. (2018). Swarm Robotics: формальный подход. Нью-Йорк: Springer International Publishing. ISBN  978-3-319-74528-2.
  3. ^ 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.
  4. ^ Каган, Э .; Швалб, Н .; Гал, И. (2019). Автономные мобильные роботы и системы с несколькими роботами: планирование движения, общение и роение. Джон Уайли и сыновья. ISBN  9781119212867.
  5. ^ Zahugi, Emaad Mohamed H .; Шабани, Ахмед М .; Прасад, Т. В. (2012), "Libot: Дизайн недорогого мобильного робота для уличной робототехники", 2012 Международная конференция IEEE по кибертехнологиям в автоматизации, управлении и интеллектуальных системах (CYBER), стр. 342–347, Дои:10.1109 / CYBER.2012.6392577, ISBN  978-1-4673-1421-3, S2CID  14692473
  6. ^ Arvin, F .; Мюррей, J.C .; 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
  7. ^ Hu, J .; Niu, H .; Карраско, Дж .; Леннокс, В .; Арвин, Ф. "Автономное исследование с использованием нескольких роботов на базе Вороного в неизвестных средах с помощью глубокого обучения с подкреплением «Сделки IEEE по автомобильным технологиям, 2020 г.
  8. ^ Hu, J .; Тургут, А .; Крайник, Т .; Lennox, B .; Арвин, Ф. "Разработка протокола координации на основе окклюзии для задач автономного робота-пастуха «Транзакции IEEE по когнитивным системам и системам развития, 2020.
  9. ^ Лендон, Брэд. «ВМС США могут« наводнить »врагов роботизированными лодками». CNN.
  10. ^ Мадригал, Алексис К. (2018-03-07). «Стаи дронов будут ужасающими, и их трудно остановить». Атлантический океан. Получено 2019-03-07.
  11. ^ «Самоорганизующийся рой тысяч роботов». Гарвард. 14 августа 2014 г.. Получено 16 августа 2014.
  12. ^ Кушлеев, А .; Mellinger, D .; Пауэрс, C .; Кумар, В. "Навстречу рой подвижных микроквадрокоптеров "Автономные роботы, том 35, выпуск 4, стр. 287-300, ноябрь 2013 г.
  13. ^ Васархелий, Г .; Virágh, C .; Tarcai, N .; Somorjai, G .; Вичек, Т. Открытый флокирование и групповой полет с автономными воздушными роботами. Международная конференция IEEE / RSJ по интеллектуальным роботам и системам (IROS 2014), 2014 г.
  14. ^ 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.
  15. ^ Саска, М .; Vakula, J .; Preucil, L. Стаи микролетов, стабилизированные под визуальной относительной локализацией. В ICRA2014: Материалы международной конференции IEEE 2014 года по робототехнике и автоматизации. 2014 г.
  16. ^ Саска, М. MAV-рои: беспилотные летательные аппараты, стабилизированные по заданной траектории с использованием бортовой относительной локализации.. В материалах Международной конференции по беспилотным авиационным системам (ICUAS) 2015 г. 2015 г.
  17. ^ Саска, М .; 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.
  18. ^ Саска, М .; Langr J .; L. Preucil. Отслеживание шлейфа самостабилизирующейся группой микромеханических летательных аппаратов. В моделировании и моделировании автономных систем, 2014.
  19. ^ Саска, М .; Kasl, Z .; Preucil, L. Планирование движения и управление строем микровоздушных аппаратов. В материалах 19-го Всемирного конгресса Международной федерации автоматического управления. 2014 г.
  20. ^ Саска, М .; Вонасек, В .; Крайник, Т .; Preucil, L. Координация и навигация неоднородных групп БПЛА-БПЛА, локализованных с помощью подхода "ястребиный глаз". В материалах Международной конференции IEEE / RSJ 2012 по интеллектуальным роботам и системам. 2012 г.
  21. ^ Чанг, Сун-Джо и др. "Обзор авиационной робототехники. "IEEE Transactions on Robotics 34.4 (2018): 837-855.
  22. ^ Саска, М .; Вонасек, В .; Крайник, Т .; Preucil, L. Координация и навигация неоднородных формаций MAV – UGV, локализованных с помощью подхода типа «ястребиный глаз» в рамках модельной схемы прогнозируемого управления. Международный журнал исследований робототехники 33 (10): 1393–1412, сентябрь 2014 г.
  23. ^ Квон, Н; Пак, Д. Дж. Надежный метод локализации мобильных целей 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.
  24. ^ https://www.rosotics.com/
  25. ^ "Технологии". 25 июля 2020.

внешняя ссылка