Роботы в компании: Человекоподобные, пчелоподобные
Разработка самых сложных роботов не стоит на месте. Гуманоидные механизмы сегодня способны не только ходить, но даже бегать и прыгать, играть на скрипке и даже танцевать труппой из пары десятков участников. На самом деле, общий танец представляет собой особую задачу для инженеров (и хореографов): необходимо добиться правильной синхронности в действиях всех танцоров.
Одно из решений — как в танцклассе — состоит в выборе лидера, движения которого тут же подхватывают остальные роботы, ориентируясь на него, и только на него. Однако на практике из-за массы непредсказуемых мелочей в работе беспроводных сетей могут привести к полному хаосу. Задержка сигнала на полсекунды случается сплошь и рядом, тогда как участники ничего не замечают.
Поэтому чаще для этой цели каждого робота программируют на исполнение всей нужной последовательности движений с нужными интервалами, затем синхронизируют их часы и одновременно запускают. Это более эффективно, особенно на коротких промежутках времени, но также чревато непредсказуемостью. К примеру, если один из роботов за что-нибудь зацепится и замедлит одно из движений — или если просто упадет — вернуть его в общий ритм действий не получится уже никак.
Практически идеальное решение этой проблемы предложили недавно исследователи из MIT, работающие в группе профессора Даж-Жака Слотина (Jean-Jacques Slotine). И решение это подсказано, как водится, самой природой. Точнее говоря, «чувством кворума», способностью некоторых микробов и насекомых чувствовать присутствие собратьев, оценивать их количество, и даже в некотором роде «общаться» и координировать свои действия.
Происходит это за счет обмена химическими сигналами: каждый участник сообщества непрерывно выделяет в среду сигнальные молекулы и непрерывно отслеживает текущую их концентрацию вокруг себя. Разное содержание этих молекул говорит о том или ином количестве других особей поблизости и стимулирует соответствующее моменту поведение.
Группе же профессора Слотина удалось показать, что почти в точности такой подход позволяет синхронизировать действия и у неживых существ. Для этого каждый робот в каждый момент времени имеет доступ к общим переменным, представляющим данные о средних показаниях часов у всех участников группы, а также о средней фазе движения. При этом каждый робот, конечно, вносит свой вклад в эти переменные, и стремится синхронизироваться именно с этими средними значениями.
Авторы апробировали идею на группе из восьми роботов NAO, которые производит и продает французская компания Aldebaran Robotics. У каждого на борту имелись собственные часы, и каждый синхронизировался с общим усредненным временем, для чего мог обращаться к центральному серверу. Важно подчеркнуть, что сервер не является управляющим компьютером, выдающим роботам команды к действию. Работают они самостоятельно, и если по какой-либо причине потеряют с сервером связь, продолжат те же действия, хотя и без возможности синхронизировать их. Сервер скорее выступает аналогом окружающей среды в чувстве кворума, среды, которую роботы могут «ощущать» и с которой могут взаимодействовать.
В итоге система показала себя просто замечательно. Даже если один из роботов падал, он, вернувшись в строй, достаточно быстро нагонял других и восстанавливал синхронность своих движений.
Новый подход открывает прекрасные перспективы создания роботов, способных эффективно работать даже самыми большими коллективами, соотнося свои действия с действиями всей группы.
По публикации MIT Technology Review / Physics arXiv Blog