#blueswarm

Zespół naukowców z Harvard's Wyss Institute i John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) opracował roboty inspirowane rybami, które mogą synchronizować swoje ruchy jak prawdziwa ławica ryb, bez żadnej zewnętrznej kontroli. To pierwszy przypadek, gdy naukowcy zaprezentowali złożone, kolektywne zachowania robotów pod wodą w trzech wymiarach.

Ławice ryb wyglądają jak dobrze zorganizowane stada, poruszające się w określonych kierunkach, wirujące w wielkich kręgach. To złożone, zsynchronizowane zachowania, które pomagają im znaleźć pożywienie, migrować czy  unikać drapieżników. Okazuje się jednak, że żadna ryba ani żadna podgrupa ryb nie koordynuje tych ruchów. Ryby nie komunikują się między sobą, nie planują kolejnych ruchów a zbiorowe zachowania wynikają raczej z tak zwanej ukrytej koordynacji - indywidualne ryby podejmują decyzje w oparciu o to co, robią ich sąsiedzi. Ta zdecentralizowana, autonomiczna samoorganizacja i koordynacja od dawna fascynuje naukowców, zwłaszcza w dziedzinie robotyki.

W laboratorium dr Radhiki Nagpal , członka Wydziału Wyss Associate, powstał rój robotów inspirowany rybami, zwany Blueswarm. Laboratorium Nagpal jest pionierem w samoorganizujących się systemach, od roju 1000 robotów Kilobot po inspirowaną termitami robotyczną ekipę konstrukcyjną. Jednak większość poprzednich rojów robotów działała w dwuwymiarowej przestrzeni. Przestrzenie trójwymiarowe (powietrze, woda) to zupełnie nowe wyzwanie.

Naukowcy opracowali dla swoich robotów rybnych system koordynacji oparty na niebieskich diodach LED. Każdy podwodny robot, noszący nazwę Bluebot, jest wyposażony w dwie kamery i trzy diody LED. Wbudowane kamery z obiektywami typu rybie oko wykrywają diody LED sąsiednich Bluebotów i wykorzystują niestandardowy algorytm do określania ich odległości i kierunku poruszania się. Opierając się na prostej produkcji i wykrywaniu światła LED naukowcy wykazali, że Blueswarm może wykazywać złożone samoorganizujące się zachowania.

„Każdy Bluebot bezwarunkowo reaguje na stanowisko sąsiadów” - powiedział dr Florian Berlinger z Wyss Institute i SEAS,  autor artykułu opublikowanego w „Science Robotics”. „Tak więc, jeśli chcemy, aby roboty agregowały dane, każdy Bluebot obliczy położenie każdego ze swoich sąsiadów i przesunie się w kierunku środka. Jeśli chcemy, aby roboty się rozproszyły - postępują odwrotnie. Jeśli chcemy, aby pływały w kółko jak ławica są zaprogramowane tak, aby podążały za światłami bezpośrednio przed nimi w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara ”.

Naukowcy zasymulowali prostą misję poszukiwawczą z czerwonym światłem w zbiorniku. Korzystając z algorytmu rozpraszania, Blueboty rozprzestrzeniły się, aż jeden z nich zbliżył się na tyle blisko źródła światła, aby je wykryć. Gdy robot wykryje światło, jego diody LED zaczną migać, co uruchomi algorytm agregacji w pozostałej części szkoły. Stamtąd wszystkie Blueboty skupiają się wokół sygnalizującego robota.

„Nasze wyniki stanowią kamień milowy w badaniu podwodnych, samoorganizujących się zbiorowych zachowań” - powiedział Nagpal. „Spostrzeżenia z tych badań pomogą nam opracować przyszłe miniaturowe podwodne roje, które mogą monitorować środowisko i prowadzić obserwacje w bogatych wizualnie, ale wrażliwych środowiskach, takich jak rafy koralowe. Badania te otwierają również drogę do lepszego zrozumienia ławic ryb poprzez syntetyczne odtworzenie ich zachowań”.

Wyniki badań zostały opublikowane w Science Robotics https://robotics.sciencemag.org/content/6/50/eabd8668

(raj)

Źródło: wyss.harvard.edu, Science Robotics

Fot. Wyss Harvard Institute.

(raj)