Эти роботы, вдохновленные рыбами, могут синхронизировать свои движения без какого-либо внешнего контроля.
Основываясь на простом производстве и обнаружении светодиодного света, роботизированный коллектив демонстрирует сложное самоорганизованное поведение, включая агрегацию, рассредоточение и формирование круга. Налицо поведение, сходное с некоторыми видами рыб. Стаи рыб демонстрируют сложное синхронизированное поведение, которое помогает им находить пищу, мигрировать и защищаться от хищников.
Ни одна рыба или группа рыб не координирует эти движения, и рыбы не сообщают друг другу, что делать дальше.
Скорее, это коллективное поведение возникает в результате так называемой неявной координации - отдельные рыбы принимают решения, основываясь на том, что они видят, как делают их соседи.
Этот тип децентрализованной, автономной самоорганизации и координации давно привлекает ученых, особенно в области робототехники.
Теперь команда исследователей из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) и Института биологической инженерии Висса разработала роботов, вдохновленных рыбами, которые могут синхронизировать свои движения, как настоящая косяк рыб, без какого-либо внешнего контроля.
Это первый раз, когда исследователи продемонстрировали сложное 3-D коллективное поведение с неявной координацией у подводных роботов.
«Роботы часто развертываются в местах, которые недоступны или опасны для людей, областях, где вмешательство человека может быть даже невозможно», - сказал Флориан Берлингер, доктор философии.
«В таких ситуациях действительно выгодно иметь автономный рой роботов, который независим. Используя неявные правила и трехмерное визуальное восприятие, мы смогли создать систему с высокой степенью автономности и гибкости под водой, где такие вещи, как GPS и WiFi, недоступны».
Рой роботов, вдохновленный рыбами, получивший название Blueswarm, был создан в лаборатории Радхики Нагпал.
Лаборатория Нагпала является пионером в области самоорганизующихся систем, от их стаи роботов-килоботов до, созданной в духе термитов, роботизированной строительной бригады.
Однако большинство предыдущих роботов-роев работали в двухмерном пространстве. Трехмерные пространства, такие как воздух и вода, создают серьезные проблемы для восприятия и передвижения.
Чтобы преодолеть эти проблемы, исследователи разработали систему координации на основе зрения в своих роботах-рыбах, основанную на синих светодиодах. Каждый подводный робот, называемый Bluebot, оснащен двумя камерами и тремя светодиодными лампами.
Бортовые камеры с рыбьими линзами обнаруживают светодиоды соседних Bluebots и используют специальный алгоритм для определения их расстояния, направления и курса.
Основываясь на простом производстве и обнаружении светодиодного света, исследователи продемонстрировали, что робот может демонстрировать сложное самоорганизованное поведение, включая агрегацию, рассеивание и формирование круга.
«Каждый Bluebot неявно реагирует на позицию своих соседей», - сказал Берлингер. «Итак, если мы хотим, чтобы роботы агрегировались, каждый Bluebot будет вычислять положение каждого из своих соседей и двигаться к центру.
Если мы хотим, чтобы роботы разошлись, Bluebots поступают наоборот. Если мы хотим, чтобы они плавали по кругу, они запрограммированы следовать за огнями прямо перед ними по часовой стрелке.»
Исследователи также смоделировали простую поисковую миссию с красным светом в баке. Используя алгоритм рассеивания, Bluebots распространяются по резервуару, пока один из них не подойдет достаточно близко к источнику света, чтобы его обнаружить.
Как только робот обнаруживает свет, его светодиоды начинают мигать, что запускает алгоритм агрегации в остальной части роя. Отсюда все Bluebots собираются вокруг сигнального робота.
«Наши результаты с роботами представляют собой важную веху в исследовании подводного самоорганизованного коллективного поведения», - сказал Нагпал.
«Выводы из этого исследования помогут нам разработать будущие миниатюрные подводные рои, которые смогут выполнять мониторинг окружающей среды и вести поиск в визуально насыщенной, но хрупкой среде, такой как коралловые рифы.
Это исследование также открывает путь к лучшему пониманию косяков рыб путем синтетического воссоздания их поведения».