- Roboti kot del roja
- Kako se Swarm Robotics zgleduje po socialnih žuželkah
- Značilnosti Robot Roja
- Sistemi z več robotiko in robotska roja
- Prednosti sistemov z več robotiko v primerjavi z enim robotom
- Eksperimentalne platforme v robotski roboti
- Algoritmi in tehnika, ki se uporabljajo za različne naloge v robotski roji
- Uporaba robotske robotike v resničnem svetu
Vzajemno delovanje, razumevanje in nato odzivanje na situacijo so nekatere največje lastnosti ljudi in to so stvari, zaradi katerih smo to, kar smo. Rojeni smo za življenje v družbeni družbi in od nekdaj smo vedeli, da smo najbolj vzgojeno družbeno bitje, znano od nastanka tega planeta.
Socialne kulture in medsebojnega medsebojnega sodelovanja za doseganje skupnega cilja najdemo ne samo pri ljudeh, temveč tudi pri drugih vrstah tega planeta, kot so jata ptic, rib ali čebel, vse skupno pa jim je, da imajo kolektivno vedenje. Ko se ptice pogosto selijo, so v skupini, ki jo vodi vodilni član njihove skupine, in vsi jim sledijo, njihova skupina pa je oblikovana v določenih geometrijskih oblikah, čeprav ptice nimajo občutka za oblike in figure in tudi skupina je narejena tako, da so starejši člani skupine na mejah, medtem ko so mladi ali novorojenčki v središču.
Iste značilnosti najdemo pri požarnih mravljah, te mravlje se nekoliko razlikujejo od drugih vrst mravelj in so še posebej znane po skupinskem vedenju, gradijo skupaj, jedo skupaj in skupaj branijo svoje kolonije pred plenom. več lahko dosežejo, ko so v skupini. Nedavna študija je bila izvedena o skupinskem vedenju teh mravelj, v kateri je bilo ugotovljeno, da so sposobni izdelati močne strukture, kadar je to potrebno, na primer, ko je bilo potrebno ustvariti majhen most za križanje.
Skupno vedenje teh družbenih živali in pomoč žuželk jim kljub vsem omejitvam dosežejo več. Raziskovalci so dokazali, da posamezniki iz teh skupin ne potrebujejo nobenega zastopanja ali izpopolnjenega znanja, da bi ustvarili tako zapleteno vedenje. Pri socialnih žuželkah, živalih in pticah posamezniki niso obveščeni o globalnem statusu kolonije. Znanje o roju je razdeljeno med vse povzročitelje, kjer posameznik ne more izpolniti svoje naloge brez preostalega roja. Kaj pa, če lahko to kolektivno zaznavanje vključimo v skupino robotov? To je tisto, kar je rojska robotika in o tem bomo podrobno izvedeli v tem članku .
Roboti kot del roja
Naše okolje, v katerem živimo, nas zelo navdihuje, mnogi se za svoje delo navdihujemo iz narave in okolja, znani izumitelji, kot je Leonardo da Vinci, so to storili zelo dobro in je videti v njegovih modelih v današnjem svetu, prav tako delajo isti postopek za nas pri reševanju oblikovalskih in inženirskih problemov, kot so nosilci krogel, ki jih navdihuje kljun merilca, tako da ima večjo hitrost in je bolj energetsko učinkovit ter med prehodom ustvarja sorazmerno manj hrupa predorih in za to obstaja izraz, znan tudi kot Biomimicry.
Torej, za reševanje zapletenih nalog, kjer je človeško posredovanje težko in ima večjo zapletenost, kot mora biti več kot le povprečen robot, kot so nekateri primeri, ko se zgradba poruši zaradi potresa in so ljudje pod betonom depresivni, zagotovo ta problem zahteva nekega robota, ki lahko izvaja več nalog hkrati in dovolj majhen, da se prebije skozi beton, in pomaga najprej dobiti informacije o človeškem obstoju, torej, kaj vam pade na pamet, skupina majhnih robotov, ki so majhni dovolj in avtonomno ustvarijo svojo pot in dobijo informacije, vsekakor pa posnema nekakšen roj žuželk ali muh in s tem, kje je rojska robotika na prvem mestu, tukaj pa je bolj formalna. Rojska robotikaje področje več robotike, na katerem je veliko število robotov usklajeno na porazdeljen in decentraliziran način. temelji na uporabi lokalnih pravil, majhnih preprostih robotov, ki jih navdihuje kolektivno vedenje družbenih žuželk, tako da lahko veliko število preprostih robotov učinkoviteje kot en sam robot prekaša zapleteno nalogo, kar skupini daje robustnost in prilagodljivost.
Organizacije in skupine izhajajo iz interakcij med posamezniki ter med posamezniki in okoliškim okoljem, te interakcije so razpršene po vsej koloniji, zato lahko kolonija reši naloge, ki jih sam posameznik težko reši, kar pomeni, da si prizadevamo za skupen cilj.
Kako se Swarm Robotics zgleduje po socialnih žuželkah
Multi-robotski sistemi ohranjajo nekatere značilnosti družbenih žuželk, kot je robustnost, robotski roj lahko deluje tudi, če nekateri posamezniki odpovejo ali če pride do motenj v okolju; fleksibilnost, roj lahko ustvari različne rešitve za različne naloge in lahko spremeni vsako vlogo robota, odvisno od trenutka. Razširljivost, robotski roj lahko deluje v različnih velikostih skupin, od nekaj posameznikov do tisoč.
Značilnosti Robot Roja
Kot rečeno, preprost robotski roj dobi značilnost družbenih žuželk, ki so navedene na naslednji način
1. Roj robotov mora biti samostojen in sposoben zaznavati in delovati v realnem okolju.
2. Število robotov v roju mora biti dovolj veliko, da lahko vsako njihovo nalogo podpira kot skupino, ki jo morajo opraviti.
3. V roju mora biti homogenost, v roju so lahko različne skupine, vendar jih ne sme biti preveč.
4. En sam roj roja mora biti nesposoben in neučinkovit glede na svoj glavni cilj, to je, da morajo sodelovati, da bi uspeli in izboljšali delovanje.
5. Vsi roboti morajo imeti le lokalne zaznavne in komunikacijske zmožnosti s sosednjim partnerjem roja, kar zagotavlja porazdelitev koordinacije roja in razširljivost postane ena od lastnosti sistema.
Sistemi z več robotiko in robotska roja
Rojska robotika je del večrobotskega sistema in kot skupina ima nekatere značilnosti več osi, ki določajo njihovo skupinsko vedenje
Kolektivna velikost: Kolektivna velikost je SIZE-INF, ki je N >> 1, kar je nasprotno SIZE-LIM, kjer je število N-jev robota manjše od njihove velikosti okolja, v katerega so vstavljeni.
Komunikacijski obseg: Komunikacijski domet je COM-NEAR, tako da roboti lahko komunicirajo samo z roboti, ki so dovolj blizu.
Komunikacijska topologija: Komunikacijska topologija za robote v roju bi bila na splošno TOP-GRAF, roboti so povezani v splošno topologijo grafa.
Komunikacijska pasovna širina: Komunikacijska pasovna širina je BAND-MOTION, stroški komunikacije med obema robotoma so enaki premikanju robotov med lokacijami.
Kolektivna rekonfigurabilnost: Kolektivna rekonfigurabilnost je na splošno ARR-COMM, to je usklajena ureditev s člani, ki komunicirajo, lahko pa je tudi ARR-DYN, to je dinamična ureditev, položaji se lahko naključno spreminjajo.
Procesna sposobnost: Procesna sposobnost je PROC-TME, kjer je računski model enakovreden uglaševalnemu stroju.
Zbirna sestava: Zbirna sestava je CMP-HOM, kar pomeni, da so roboti homogeni.
Prednosti sistemov z več robotiko v primerjavi z enim robotom
- Vzporednost opravil: Vsi vemo, da je naloge mogoče razstaviti, in vsi se zavedamo agilne razvojne metode, zato lahko skupine z uporabo vzporednosti naredijo nalogo učinkovitejše.
- Omogočanje opravila: Skupina je močnejša od posamezne in enako velja za robotsko robotijo, kjer lahko skupina robotov opravi določeno nalogo, ki je za enega robota nemogoča
- Porazdelitev pri zaznavanju: Ker ima roj skupno zaznavanje, ima tudi širši obseg zaznavanja kot doseg enega samega robota.
- Distribucija v akciji: Skupina robotov lahko hkrati sproži različna dejanja na različnih mestih.
- Toleranca napak: Okvara enega samega robota znotraj roja robotov znotraj skupine ne pomeni, da bo naloga neuspešna ali je ni mogoče izvesti.
Eksperimentalne platforme v robotski roboti
Za robotsko robotiko se uporabljajo različne eksperimentalne platforme, ki vključujejo uporabo različnih eksperimentalnih platform in različnih robotskih simulatorjev za spodbujanje okolja robotske robotike brez dejanske strojne opreme.
1. Robotske platforme
Različne robotske platforme se uporabljajo v različnih robotsko-robotskih eksperimentih v različnih laboratorijih
(i) Swarmbot
Uporabljeni senzorji: ima različne senzorje za pomoč botu, ki vključujejo senzorje območja in kamero.
Gibanje: Uporablja kolesa za premikanje med seboj.
Razvil: Razvil ga je Rice University, ZDA
Opis: SwarmBot je robotska platforma za roj, ki jo je za raziskave razvila Univerza Rice. Avtonomno lahko deluje približno 3 ure z enim polnjenjem, prav tako ti roboti omogočajo samostojno iskanje in priklop na polnilne postaje na stenah.
(ii) Kobot
Uporabljeni senzorji: vključuje uporabo senzorja razdalje, senzorjev vida in kompasa.
Gibanje: za gibanje uporablja kolesa
Razvil: Razvit je v raziskovalnem laboratoriju KOVAN na Srednjevzhodni tehnični univerzi v Turčiji.
Opis: Kobot je posebej zasnovan za raziskave robotske robotike. Narejen je iz več senzorjev, zaradi katerih je odlična platforma za izvajanje različnih robotskih situacij v roju, kot je usklajeno gibanje. Z enim polnjenjem lahko deluje samostojno 10 ur. Vključuje tudi zamenljivo baterijo, ki jo je treba ročno polniti, in se večinoma uporablja pri izvajanju samoorganiziranih scenarijev.
(iii) S-bot
Uporabljeni senzorji: uporablja različne senzorje, da lahko stvari delujejo, kot so senzorji za svetlobo, IR, položaj, silo, hitrost, temp, vlažnost, pospešek in mikrofon.
Gibanje: za premikanje uporablja drevesa, pritrjena na njegovo podlago.
Razvil: Razvil ga je École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Švica.
Opis: S-bot je ena izmed več kompetentnih in pomembnih robotskih platform z rojem, ki so jih kdajkoli zgradili. ima edinstveno zasnovo prijemala, ki lahko prime predmete in druge s-bote. Prav tako lahko približno eno uro vadijo z enim polnjenjem.
(iv) Jasminov robot
Uporabljeni senzorji: Uporablja senzorje razdalje in svetlobe.
Razvil: Razvila ga je Univerza v Stuttgartu v Nemčiji.
Gibanje: premika se po kolesih.
Opis: Jasmine mobilni roboti so robotske platforme v roju, ki se uporabljajo v številnih robotskih raziskavah v roju.
(v) E-Puck
Uporabljeni senzorji: uporablja različne senzorje, kot so razdalja, kamera, ležaj, pospešek in mikrofon.
Razvil: École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Švica
Gibanje: temelji na gibanju kolesa.
Opis: E-pak je zasnovan predvsem za izobraževalne namene in je eden najuspešnejših robotov. Vendar pa je zaradi svoje enostavnosti pogosto zaposlen tudi pri raziskavah robotske robovi. Ima uporabniško zamenljive baterije z delovnim časom 2-4 ure.
(vi) Kilobot
Uporabljeni senzorji: Uporablja kombinacijo senzorjev razdalje in svetlobe.
Razvila: Univerza Harvard, ZDA
Gibanje: za gibanje telesa sistema uporablja vibracije sistema.
Opis: Kilobot je zmerno nedavna robotska platforma z rojem z edinstveno funkcijo skupinskega polnjenja in skupinskega programiranja. Zaradi enostavnosti in nizke porabe energije ima čas delovanja do 24 ur. Roboti se v posebni polnilnici polnijo ročno v skupinah.
2. Simulatorji
Robotski simulatorji rešujejo težavo s strojno opremo, ki je potrebna za testiranje verodostojnosti botov v umetno simuliranih parametrih realnega okolja.
Obstaja veliko robotskih simulatorjev, ki se lahko uporabljajo za več robotske poskuse, natančneje za robotske poskuse z roji, in vsi se razlikujejo po svojih tehničnih vidikih, pa tudi po licenci in stroških. Nekateri simulatorji za bojne rojeve in večrobotske platforme so naslednji:
- SwarmBot3D: SwarmBot3D je simulator za več robotiko, vendar je zasnovan posebej za robota S-Bot v projektu SwarmBot.
- Microsoft Robotics Studio: Robotski studio je simulator, ki ga je razvil Microsoft. Omogoča več robotsko simulacijo in zahteva delovanje platforme Windows.
- Webots: Webots je realističen mobilni simulator, ki omogoča simulacije več robotov z že izdelanimi modeli pravih robotov. Z uporabo fizike resničnega sveta lahko simulira resnična trčenja. Vendar se njegova zmogljivost zmanjša pri delu z več kot roboti, kar otežuje simulacije z velikim številom robotov.
- Player / stage / Gazebo: Player / stage / Gazebo je odprtokodni simulator z več robotskimi zmožnostmi in širokim naborom razpoložljivih robotov in senzorjev, pripravljenih za uporabo. Z lahkoto obvlada simulacije robotsko-robotskih eksperimentov v 2D okolju z zelo dobrimi rezultati. Velikost populacije v okolju lahko v realnem času doseže do 1000 preprostih robotov.
Algoritmi in tehnika, ki se uporabljajo za različne naloge v robotski roji
Tukaj bomo raziskali različne tehnike, ki se uporabljajo v robotski roboti za različne preproste naloge, kot so združevanje, razprševanje itd. Te naloge so osnovni začetni koraki za vse vrhunske robotske robotike.
Združevanje: Združevanje združuje vse bote in je res pomemben in začetni korak v drugih zapletenih korakih, kot so oblikovanje vzorcev, samosestavljanje, izmenjava informacij in kolektivna gibanja. Robot uporablja svoje senzorje, kot so senzorji bližine in mikrofon, ki uporablja mehanizme za izmenjavo zvoka s pomočjo aktuatorja, kot so zvočniki. Senzorji pomagajo enemu botu najti najbližjega robota, ki se prav tako izkaže za središče skupine, kjer se mora bot osredotočiti izključno na drugega bota, ki je v središču skupine, in doseči proti njemu in enak postopek sledijo vsi člani roja, ki jim dovolijo, da združijo vse.
Razpršenost: Ko se roboti zberejo na enem mestu, je naslednji korak razpršiti jih v okolju, kjer delujejo kot en sam sestavni del roja, kar prav tako pomaga pri raziskovanju okolja, pri čemer vsak rot roja deluje kot en sam senzor, ko ga lahko preučite. Za razprševanje robotov so bili predlagani in uporabljeni različni algoritmi, eden od pristopov vključuje algoritem potencialnega polja za razpršitev robotov, pri katerem se roboti odbijajo zaradi ovir in drugih robotov, ki omogočajo, da se rojsko okolje linearno razprši.
Eden od drugih pristopov vključuje razpršitev, ki temelji na odčitavanju signalov brezžične intenzivnosti, signali brezžične intenzivnosti pa omogočajo robotom, da se razpršijo brez vednosti svojih najbližjih sosedov, samo ujamejo brezžične intenzitete in jih razvrstijo tako, da jih razpršijo v okoliškem okolju.
Oblikovanje vzorcev: Oblikovanje vzorcev v robotski robovi je glavna značilnost njihovega skupnega vedenja, ti vzorci so lahko v veliko pomoč pri reševanju problema, ki vključuje celotno skupinsko sodelovanje. Pri oblikovanju vzorcev roboti ustvarijo globalno obliko s spreminjanjem dela posameznih robotov, kjer ima vsak bot samo lokalne informacije.
Roj robotov tvori strukturo z notranjo in zunanjo določeno obliko. Pravila, zaradi katerih se delci / roboti združijo v želeni tvorbi, so lokalna, vendar se pojavi globalna oblika, ne da bi imeli globalne informacije o posameznem članu roja. Algoritem uporablja navidezne vzmeti med sosednjimi delci, pri čemer upošteva, koliko sosedov imajo.
Kolektivno gibanje: kaj pomeni ekipa, če vsi ne morejo rešiti problema skupaj in je to najboljši del roja? Kolektivno gibanje je način, s katerim omogočimo usklajevanje skupine robotov in njihovo usklajeno gibanje kot skupino. To je osnovni način za izvedbo nekaterih kolektivnih nalog in ga lahko razvrstimo v dve vrsti oblikovanja in jate.
Obstaja veliko načinov kolektivnega gibanja, vendar so zaskrbljujoči le tisti, ki omogočajo razširljivost z naraščajočim številom robotov, kjer vsak robot prepozna relativni položaj svojega soseda in reagira z ustreznimi silami, ki bi lahko bile privlačne ali odbijajoče za oblikovanje struktur za kolektivna gibanja.
Dodelitev nalog: Dodelitev nalog je problematično področje rojske robotike na podlagi delitve dela. Vendar obstajajo različne metode, ki se uporabljajo za delitev dela, ena izmed njih je, da bi vsak robot opazoval naloge drugega robota in ohranil zgodovino za iste, kasneje pa lahko spremenil svoje vedenje, da se prilagodi nalogi ta metoda temelji na trač komunikaciji in ima zagotovo svoje prednosti boljšega delovanja, hkrati pa ima prevara, da je zaradi omejene robustnosti in izgube paketov med komunikacijo manj razširljiva. Pri drugi metodi nekatere robote napovedujejo naloge in jih hkrati obiskuje določeno število drugih robotov, to je preprosta in reaktivna metoda.
Iskanje vira: Robotska robotika je zelo uspešna pri iskanju vira, še posebej, če je vir za iskanje kompleksen, kot v primeru zvoka ali vonja. Iskanje po robotski robovi poteka na dva načina, eden je globalni, drugi je lokalni, razlika med obema pa je komunikacija. Eden z globalno komunikacijo med roboti, v kateri roboti lahko najdejo največji globalni vir. Drugi je omejen le na lokalno komunikacijo med roboti, da bi našli lokalne maksimume.
Prevoz predmetov: Mravlje imajo skupni prevoz predmetov, kjer posamezna mravlja čaka na drugega partnerja za sodelovanje, če je predmet, ki ga je treba prevažati, pretežek. Pri istih lahkih robotih roj stvari dela na enak način, pri čemer ima vsak robot prednost, da sodeluje od drugih robotov pri prevozu predmetov. S-boti ponujajo odlično platformo za reševanje problema prevoza, kjer se sami sestavijo za sodelovanje in njihov algoritem poveča, če je predmet, ki ga želimo prevažati, težak.
Druga metoda je kolektivni prevoz predmetov, kjer se predmeti zbirajo in shranjujejo za kasnejši prevoz, tu imajo roboti dve različni nalogi - zbiranje predmetov in njihovo polaganje v voziček ter skupno premikanje vozička, ki nosi te predmete.
Kolektivno kartiranje: Kolektivno kartiranje se uporablja za raziskovanje in kartiranje velikih notranjih površin z uporabo velikega števila robotov.
V eni metodi preslikavo izvedeta dve skupini dveh robotov, ki si izmenjata informacije za združitev zemljevidov. Druga metoda temelji na vlogi, pri kateri lahko robot prevzame katero koli od obeh vlog, ki se premikata ali mejnik, ki ju lahko zamenja za gibanje roja. Roboti imajo tudi določeno oceno svojega položaja, zato morajo določiti tudi lokacijo drugih robotov, da se ustvari skupni zemljevid.
Uporaba robotske robotike v resničnem svetu
Čeprav so se obsežne raziskave robotske robotike začele okoli leta 2012, do zdaj še niso izšle s komercialno aplikacijo iz resničnega sveta, se uporabljajo v medicinske namene, vendar ne v tako velikem obsegu in so še vedno na testiranju. V ozadju so različni razlogi, da ta tehnologija ne izhaja v komercialne namene.
Oblikovanje algoritma za posameznika in globalno: kolektivno vedenje roja izhaja iz posameznika, ki zahteva oblikovanje enega samega robota in njegovega vedenja, trenutno pa ne obstaja način, kako preiti od posameznika do skupinskega vedenja.
Testiranje in izvedba: Obsežne zahteve za laboratorije in infrastrukturo za nadaljnji razvoj.
Analiza in modeliranje: Različne osnovne naloge, ki se izvajajo v robotski roboti, kažejo, da so te nelinearne, zato je gradnja matematičnih modelov za njihovo delo precej težka
Poleg teh izzivov obstajajo še nadaljnji varnostni izzivi za posameznika in roj zaradi njihove preproste zasnove
(i) Fizično zajemanje robotov.
(ii) Identiteta posameznika v roju, ki ga mora poznati robot, če sodeluje z robotom svojega roja ali drugega roja.
(iii) Komunikacijski napadi na posameznika in roj.
Glavni cilj robotske robotike je zajeti široko regijo, kjer bi se roboti lahko razpršili in opravljali svoje naloge. Uporabni so za odkrivanje nevarnih dogodkov, kot so uhajanje, kopenske mine itd. Glavna prednost porazdeljene in premične mreže senzorjev je, da lahko zazna široko območje in celo deluje nanj.
Aplikacije robotske robotike so resnično obetavne, vendar je še vedno potreben njen razvoj tako v algoritemskem kot v modelarskem delu.