Рой роботів навчили рухатися завдяки розширенню

Американські інженери створили роботів, які самі по собі здатні тільки розширюватися і зменшуватися в розмірах, але в складі великої групи вміють рухатися в потрібному напрямку і пересувати предмети. Здатність до колективного руху зберігається, навіть якщо 20 відсотків роботів вийшли з ладу, розповідають автори статті в.

У робототехніці існує окремий напрямок, що ставить своєю метою створення роботів, що роться і вивчає різні аспекти взаємодії великих груп однакових пристроїв. Використання рою має деякі переваги перед використанням окремих роботів. Наприклад, при використанні рою дронів оператор може отримувати дані з безлічі камер з різних кутів, але при цьому керувати всім роєм як єдиним об'єктом. Крім того, рої стійкі до поломки одного або декількох елементів і тим самим підвищують надійність системи.

Для вивчення особливостей поведінки роботів інженери створюють експериментальні платформи. Одна з найвідоміших подібних платформ - кілоботи. Це невеликі роботи, що стоять на трьох ногах, переміщаються завдяки вібрації і передавальні сигнали сусідам. З їх допомогою вчені, наприклад, з'ясували, що при бінарному виборі невизначені члени групи допомагають всій групі прийти до консенсусу. Хід Ліпсон (Hod Lipson) з Колумбійського університету і його колеги розробили нового модельного робота для вивчення механізмів взаємодії роїв роботів.

Робот - це коло, діаметр якого може змінюватися від 15,5 сантиметра до 23,5 сантиметра. Збільшення розміру відбувається завдяки електромотору і механізму, що розсуває пластикові секції, встановлені у верхній частині робота. На кожній з цих секцій розташовується невеликий магніт, що дозволяє роботам триматися разом.

Самі по собі роботи можуть лише змінювати свій розмір і залишатися на місці, але завдяки магнітному зчепленню вони здатні рухатися разом у певному напрямку. Автори показали кілька можливих механізмів колективного руху роботів. В основі цього руху лежить розсинхронізація фаз коливань, при якій всі роботи періодично розширюються і зменшуються, але роблять це не синхронно, а з деякою затримкою, залежною для кожного робота від того, де він розташовується відносно всього рою. Це дозволяє рою в цілому рухатися в заданому напрямку і повертати.

Крім того, інженери продемонстрували більш складну поведінку, при якій рій роботів прагне потрапити ближче до джерела світла. Для цього роботи оснащені датчиком світла і передавачем, за допомогою якого вони відправляють одержувані зі свого датчика сигнали сусідам. Завдяки цьому роботи можуть зрозуміти своє становище в групі і щодо джерела світла, і розрахувати фазове зрушення коливань, пропорційне отримуваним даним про світло.

Наприкінці 2018 року європейські дослідники відтворили за допомогою кілоботів реакційно-дифузійний механізм, у тому числі відповідальний за морфогенез у живих організмів. Незважаючи на відсутність управління роєм з єдиного центру, він показав складну колективну взаємодію, в тому числі здатність «заліковувати рани» в разі пошкоджень.