Американские разработчики намеренно урезали техническое оснащение мини-роботов и посмотрели, какие задачи могут выполнять такие устройства, будучи «глупыми». О работе ученых пишет журнал Science Advances.
Группа исследователей во главе с Даной Рэндалл, профессором компьютерных технологий ADVANCE, и Дэниелом Голдманом, профессором физики из Технологического института Джорджии, хотели показать, что даже самый простой из роботов все еще может выполнять сложные задачи.
Результаты выполнения этих задач с помощью «глупых роботов» (по сути, мобильных сыпучих частиц) превзошли ожидания ученых. Исследователи сообщают о возможности удалить все датчики, а также связь, память и вычислители, и при этом выполнить набор задач за счет использования физических характеристик роботов.
BOBbots (behaving, organizing, buzzing bots — с англ. дословно «ведущие себя, организованные, жужжащие боты»), названные так в честь пионера физики сыпучих тел Боба Берингера, «настолько тупые, насколько это возможно», — объясняет Рэндалл. «Их цилиндрическое шасси имеет вибрирующие щетки внизу и ослабленные магниты на периферии, из-за чего они проводят больше времени в местах с большим количеством соседей». Экспериментальная платформа была дополнена точным компьютерным моделированием под руководством студента факультета физики Технологического института Джорджии Шэнкая Ли.
Несмотря на простоту BOBbots, исследователи обнаружили, что, когда роботы движутся и натыкаются друг на друга, они «формируют компактные агрегаты, способные коллективно расчищать мусор, который слишком тяжел для перемещения в одиночку». «В то время как большинство людей создают все более сложные и дорогие роботы, чтобы гарантировать координацию, мы хотели посмотреть, какие сложные задачи можно решить с помощью очень простых роботов», — отмечает Голдман.
Их работа была вдохновлена теоретической моделью движения частиц на шахматной доске. Теоретическая абстракция, известная как самоорганизующаяся система частиц, была разработана для тщательного изучения математической модели BOB-ботов. Используя идеи теории вероятностей, статистической физики и стохастических алгоритмов, исследователи смогли доказать, что теоретическая модель претерпевает фазовый переход по мере увеличения магнитных взаимодействий — скачкообразный переход от рассредоточенного состояния к агрегированию в большие компактные кластеры, подобно фазовым изменениям, которые мы видим в обычных повседневных системах, таких как вода и лед.
«Строгий анализ не только показал нам, как создавать BOB-ботов, но и выявил присущую нашему алгоритму надежность, которая позволяла некоторым роботам быть неисправными или непредсказуемыми», — отмечает Рэндалл.