Το ρομπότ “Swarm Of One” είναι ένα ενιαίο μηχάνημα που αποτελείται από ανεξάρτητες μονάδες

Η συζήτησηΟι συνάδελφοί μου και εγώ έχουμε φτιάξει ένα ρομπότ που αποτελείται από πολλά δομικά στοιχεία όπως τα κύτταρα ενός πολυκύτταρου οργανισμού. Χωρίς «εγκέφαλο» ή κεντρικό ελεγκτή στο σύστημα, το ρομπότ μας, που ονομάζεται Loopy, βασίζεται στη συλλογική συμπεριφορά όλων των κυττάρων του για να αλληλεπιδράσει με τον κόσμο.

Με αυτή την έννοια, ονομάζουμε Loopy ένα ρομποτικό σμήνος. Αλλά το Loopy μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως ένα ενιαίο ρομπότ αφού όλα τα κελιά είναι συνδεδεμένα. Επομένως, το Loopy είναι επίσης “ένα σμήνος ενός”. Αυτή η έρευνα θα μπορούσε να οδηγήσει σε προσαρμοστικά ρομπότ που προσαρμόζουν τα σχήματα και τις κινήσεις τους στο περιβάλλον τους – για παράδειγμα, σε εφαρμογές περιβαλλοντικού καθαρισμού.

Το Loopy είναι μια πρωτόγονη μορφή πολυκύτταρου ρομπότ που αποτελείται από έναν δακτύλιο 36 κυττάρων. Κάθε στοιχείο έχει έναν περιστροφικό σερβομηχανισμό – έναν ηλεκτρικό κινητήρα που περιστρέφει έναν άξονα με ακριβή ελεγχόμενη γωνία περιστροφής – και αισθητήρες. Κάθε κύτταρο αντιδρά μόνο του χωρίς είσοδο από κανένα από τα άλλα εκτός από τους δύο άμεσους γείτονές του. Καθώς οι σερβομηχανισμοί κινούνται, οι γωνίες μεταξύ των κελιών καθορίζουν το συνολικό σχήμα του Loopy.

Το Loopy είναι ελεύθερο να μεταμορφώνεται σε διάφορα σχήματα και να παρουσιάζει ένα εύρος κινήσεων. Αλλά τα τυχαία σχήματα και κινήσεις δεν είναι χρήσιμα. Ελπίζαμε ότι κάτι ενδιαφέρον θα προέκυπτε από την αυτοοργάνωση. δηλαδή η αυθόρμητη δημιουργία τάξης από την αταξία, χωρίς να λέμε στον Loopy τι να κάνει απευθείας. Αποδείχθηκε ότι ο Loopy σχηματίζει σταθερά σχήματα που ανακτούν όταν ο Loopy προσκρούει σε εμπόδια.

Loopy που εμφανίζει αυθόρμητα σχήματα και κινήσεις.

Ο διάσημος μαθηματικός Άλαν Τούρινγκ ενδιαφερόταν για την ιδέα της αυτοοργάνωσης το 1952. Οραματίστηκε ακόμη και ένα δαχτυλίδι από κύτταρα. Ο Turing υπέθεσε την ύπαρξη χημικών ουσιών που διαχέονται και αντιδρούν μεταξύ τους, οδηγώντας στη δημιουργία μοτίβων στη φύση όπως αυτά στα φτερά των πουλιών και στα κοχύλια. Αυτή η προσέγγιση αυτοοργάνωσης που χρησιμοποιεί προσομοιωμένες χημικές ουσίες επέτρεψε στο Loopy να σχηματιστεί και να μεταβεί μεταξύ διαφόρων λοβωμένων σχημάτων αυθόρμητα.

Γιατί έχει σημασία

Τα μηχανικά συστήματα, και ιδιαίτερα τα ρομπότ, σχεδιάζονται κυρίως με μια προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω, όπου οι άνθρωποι σχεδιαστές προβλέπουν τις συνθήκες που μπορεί να συναντήσει το σύστημα και σχεδιάζουν το μέλλον μέσω σχεδίων υλικού, προγραμμάτων λογισμικού ή και των δύο. Το πρόβλημα είναι ότι οι σχεδιαστές δεν είναι πιθανό να είναι εκεί όταν το ρομπότ αντιμετωπίζει μια απρόβλεπτη κατάσταση.

Αυτή η προσέγγιση μικροδιαχείρισης στο σχεδιασμό ρομπότ είναι σαν να δίνετε στα παιδιά ένα λεπτομερές εγχειρίδιο όταν τα στέλνετε στο σχολείο την πρώτη μέρα. Ένας καλύτερος τρόπος γονικής μέριμνας θα ήταν η παροχή γενικών κατευθυντήριων γραμμών και ανατροφοδότησης και η αναμονή από τα παιδιά να λύσουν τα προβλήματα μόνα τους. Ομοίως, ένα βασικό κίνητρο για την ανάπτυξη του Loopy είναι η απελευθέρωση της δύναμης της συλλογικής «νοημοσύνης» από κάτω προς τα πάνω, έτσι ώστε το Loopy να μπορεί να βρει νέες λύσεις από μόνο του όταν προκύψει μια νέα κατάσταση. για παράδειγμα, η εύρεση του κατάλληλου σχήματος για τον εαυτό του ώστε να προσαρμοστεί στο περιβάλλον.

Τι άλλη έρευνα γίνεται;

Το όραμα της προγραμματιζόμενης ύλης υπάρχει εδώ και δεκαετίες, ωστόσο απτά παραδείγματα είναι σπάνια. Ενώ οι ερευνητές έχουν εξερευνήσει τον σχηματισμό πολύπλοκων σχημάτων μέσω αυτοσυναρμολόγησης ή επαναδιαμορφώσιμων ρομποτικών συστημάτων, αυτά συχνά εξαρτώνται από προκαθορισμένα σχήματα.

Παρόμοια με το Loopy, οι ερευνητές εφάρμοσαν την ιδέα της αυτοοργάνωσης του Turing σε σμήνη ρομπότ, όπως τα μικρά, απλά, αυτόνομα Kilobots, οδηγώντας στην εμφάνιση πολύπλοκων σχημάτων. Ωστόσο, σε αντίθεση με το Loopy, οι φυσικές δυνάμεις μεταξύ των «κυττάρων» δεν χρησιμοποιούνται για να επηρεάσουν το τελικό σχήμα και τη συμπεριφορά του συλλογικού.

Τι έπεται?

Θα θέλαμε το Loopy να αναπτύξει πιο ρεαλιστικά χαρακτηριστικά, όπως η πλοήγηση σε απρόβλεπτες καταστάσεις, η αναζήτηση καλύτερων συνθηκών, η απόκτηση πόρων και ο μετριασμός των απειλών. Αυτό το όραμα επεκτείνεται στο να επιτρέψει τελικά στο Loopy να εκτελεί καθήκοντα που έχουν ανατεθεί από ανθρώπους, γεφυρώνοντας έτσι το χάσμα μεταξύ της ανοιχτής δημιουργικότητας της αυτοοργάνωσης και της ανθρώπινης καθοδήγησης.

Το Research Brief είναι μια σύντομη λήψη για ενδιαφέρουσα ακαδημαϊκή εργασία.Η συζήτηση

Yu GuΚαθηγητής Μηχανολόγων και Αεροδιαστημικής Μηχανικής, Πανεπιστήμιο Δυτικής Βιρτζίνια και Τρέβορ Σμιθ, υποψήφιος διδάκτωρ Μηχανολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Δυτικής Βιρτζίνια

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation με άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *