Стрибаючі робокуби навчилися впізнавати один одного і самоорганізовуватися

Американські інженери розповіли в роботі, яка буде представлена на конференції IROS 2019, що навчили стрибаючі робокуби розпізнавати один одного і спілкуватися між собою. Завдяки цьому робокуби навчилися самостійно вибудовуватися в лінію, пересуватися один по одному в заданому напрямку, а також рухатися у напрямку до світла.

У робототехніці є напрямок, в рамках якого дослідники створюють роботів і алгоритми для колективної взаємодії. Як правило, такі рої роботів складаються з безлічі однакових пристроїв з рівним статусом, що використовують децентралізований алгоритм для самоорганізації. Наприклад, серед дослідників популярні кілоботи - прості роботи, що спілкуються між собою за допомогою інфрачервоних сигналів і переміщуються завдяки вібрації. На них дослідники відпрацьовували алгоритми самостійного колективного прийняття рішень у групі, а також алгоритм штучного морфогенезу.

У 2013 році американські дослідники під керівництвом Даніели Рус (Daniela Rus) з Массачусетського технологічного інституту представили робота M-Blocks - куб, здатний переміщатися без застосування зовнішніх актуаторів. Замість цього в роботі використовується маховик, що розкручується до потрібної швидкості, після чого його затискає гальмівний ремінь. Через це крутячий момент передається на корпус робота і він повертається в потрібний бік або навіть підстрибує. Робот може змінювати напрямок руху, повертаючи маховик перед його розкруткою. Між собою роботи з'єднуються за допомогою магнітів.

У новій роботі інженери оснастили робота простою системою ідентифікації. На кожній з граней робота встановлено чотири невеликих магніти. Їх полюси орієнтовані певним чином, завдяки чому кожен магніт поверне в одному з 30 можливих положень. Також на кожній межі встановлено по два датчики магнітного поля. У майбутніх версіях автори планують використовувати чотири датчики - по одному на кожен магніт. Така схема дозволяє роботу розпізнавати своїх сусідів. Крім магнітних міток і датчиків у кожному роботі є кілька світлодіодів і оптичних датчиків, а також модуль Wi-Fi, за допомогою якого вони можуть отримувати дані від сервера.

Інженери показали три приклади напівавтономної колективної взаємодії. У першому режимі використовуються пасивні та активні роботи. Пасивні встановлені у вигляді смуги або площини, а активні переміщуються по них. Сервер присвоює кожному пасивному роботу віртуальну стрілку, що вказує напрямок руху, і передає ці дані активним. Активні роботи переміщуються по пасивних, орієнтуючись на віртуальні стрілки.

У другому прикладі роботи шикуються в лінію. Спочатку сервер присвоює одному роботу статус центрального, а потім інші починають вибудовуватися в лінію, використовуючи простий алгоритм, при якому вони рухаються, орієнтуючись на кількість оточуючих сусідів і їх команди, що передаються через світлодіоди («продовжуй рух» або «прикріплюйся тут»).

У третьому прикладі датчики світла в роботах використовуються для колективного руху до світла. Сервер вибирає центральний модуль, після чого інші починають рухатися до джерела світла, з'єднуватися між собою і формувати єдину структуру поруч з ним.

Інша група інженерів під керівництвом Даніели Рус теж використовувала обертальні механізми для створення стрибаючого робокуба. Однак у їх розробці використовується два електромотори, що обертають металевий язичок, яким робот відштовхується від підлоги.

А інженери з Пенсільванського університету кілька років працюють над модульними роботами, конструкція яких теж нагадує куб. Вони рухаються завдяки розташованим по боках колесам і здатні прикріплюватися один до одного за допомогою електромагнітного зчеплення. Крім того, що вони здатні формувати єдину структуру з декількох додатків, вони також вміють використовувати підручні інструменти і елементи навколишнього середовища.