• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
20.11.2024, 08:13
Елена Андреева
1
7 248

Ученые построили роевой интеллект на принципах архитектуры нервной системы человека

❋ 5.5

Командная работа роботов пока остается несовершенной в реальных условиях. Робототехники успешно создают приложения и проводят эксперименты в лабораториях, однако самоорганизующиеся системы дают сбой, как только выходят за их пределы. Ученые из Бельгии предложили новый подход к программированию роя роботов, который предусматривает централизованное управление.

Роботы организуются в подрои с иерархическими уровнями / @ Weixu Zhu et al.

За последние два десятилетия, как отметили ученые Брюссельского свободного университета (Бельгия), исследования в области роевого интеллекта показали возможности управления большим числом автономных роботов без какого-то центрального координирующего робота. Эти эмерджентные системы рассчитаны на коллективное поведение различных объектов, каждый из которых выполняет простые функции, взаимодействуя с другими. Подобные технологии инженеры применяют для решения самых разных задач: мониторинга окружающей среды, навигации и транспортировки, строительства.

Традиционно архитектура большинства таких роев роботов представляет собой самоорганизованную гетерархию, поскольку изначально искусственный роевой интеллект создавался на основе биологических систем общественных, или социальных, насекомых. К ним относятся, например, муравьи, осы, пчелы, образующие сезонные либо многолетние семьи. Однако до сих пор мало кому из специалистов в области искусственного интеллекта удавалось выстроить эффективную иерархию в структуре агентов-роботов.

Бельгийские ученые создали самоорганизующиеся нервные системы (self-organizing nervous systems, или SoNSs), родственные человеческим. При такой структуре роя роботы образуют многоуровневые системные архитектуры и занимают определенные позиции в иерархии руководства, наивысшая из которых — «мозг». Он направляет и контролирует групповые действия во время миссии, при этом действует как временный координатор.

Любой агент на любом уровне иерархии может быть взаимозаменяем с другим, даже с «мозгом». При этом роботы «общаются» только с ближайшими соседями, чтобы у них сохранялась возможность менять конфигурации и перенастраивать динамические системные архитектуры.

Во время миссии роботы выполняют разные задания, в том числе прокладывают путь / @ Weixu Zhu et al.

Независимо от иерархического положения соседа робот пытается его «завербовать». Если агент находится или недавно находился в той же нервной системе, что и конкурент, или ее качество хуже его собственной, он отказывается. При других условиях сосед соглашается и становится «дочерним» роботом «родителя», сливаясь с ним и привлекая своих нижестоящих «потомков».

В то же время «родитель» может заменить и потенциально понизить статус уже назначенного дочернего элемента тем, который соответствует лучше в этот момент. Отключенный «потомок» автоматически возобновляет работу в качестве «мозга» собственной системы и соответствующим образом обновляет свой целевой граф. Выполняя эти операции, роботы в SoNS могут непрерывно перераспределяться.

Уникальность разработки в том, что система обладает преимуществами управляемости централизованных систем и в то же время сохраняет масштабируемость, гибкость и отказоустойчивость самоорганизующейся сети, то есть свойство сохранять свою работоспособность после отказа одной или нескольких ее составных частей.

Авторы исследования объяснили, что SoNS позволяет программировать рой так, как если бы это был один робот, а не целая «популяция», и это значительно облегчает возможность интегрировать их в практические приложения. Обычно именно на этапе переноса технологии из лабораторных условий в реальные и возникают трудности.

В испытаниях участвуют и реальные воздушно-наземные роботы / @ Weixu Zhu et al.

Инженеры из Бельгии провели четыре миссии. Каждая включала как минимум пять испытаний с реальными воздушно-наземными роботами (до 12 агентов) и с использованием специально разработанной квадрокоптерной платформы, а также 50 испытаний в режиме моделирования (до 65 роботов).

Во всех экспериментах роботы выполнили миссию. Они исследовали окружающую среду, выстраивали маршрут, двигались и планировали следующие шаги для выполнения задачи: к примеру, искали и спасали пропавших «собратьев».

Кроме того, ученые продемонстрировали масштабируемость подхода SoNS в роях численностью до 250 роботов в физическом симуляторе и несколько типов отказоустойчивости системы в моделировании и реальности. Этот вклад в развитие роевого интеллекта в робототехнике поможет создать новые решения, при которых роботы будут выполнять задачи быстрее и эффективнее. В частности, такой подход был бы применим в поисковых и спасательных операциях в случае стихийных бедствий или во время природных катастроф.

Научная работа опубликована в журнале Science Robotics.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Автор специализируется на материалах по психологии, социологии и другим гуманитарным дисциплинам. Исследует мотивацию, восприятие, коммуникацию и механизмы коллективного поведения.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
4 июля, 11:27
НовГУ

Исследование НовГУ показало, что атлетическая гимнастика — один из самых эффективных способов борьбы с ожирением, в отличие, например, от бега. Тренировки с отягощениями не только помогают сжечь жир, но и укреплять мышцы, при этом щадя суставы и сердечно-сосудистую систему. Назван и оптимальный комплекс упражнений для таких людей: три силовые тренировки в неделю по 40–90 минут.

4 июля, 18:38
Evgenia Vavilova

Специалисты центра изучения недр «Геосфера» извлекают из образцов грунта все необходимые данные о действующих и перспективных месторождениях нефти. Рутинные операции с керном делегированы роботам. Умные помощники трудятся 24/7 и позволяют исследователям сосредоточиться на научных и технологических задачах.

4 июля, 10:17
ТГУ

Международная группа физиков из России (включая ученых ТГУ), Казахстана и Японии экспериментально зафиксировала необычное явление: стрела, движущаяся прямолинейно, оставляет за собой след в форме винтовой спирали. Это противоречит классическим представлениям, но было подтверждено в эксперименте с переходным излучением. Открытие меняет существующие взгляды на природу закрученного света и имеет значительные перспективы как для фундаментальных исследований, так и для прикладных технологий.

4 июля, 11:27
НовГУ

Исследование НовГУ показало, что атлетическая гимнастика — один из самых эффективных способов борьбы с ожирением, в отличие, например, от бега. Тренировки с отягощениями не только помогают сжечь жир, но и укреплять мышцы, при этом щадя суставы и сердечно-сосудистую систему. Назван и оптимальный комплекс упражнений для таких людей: три силовые тренировки в неделю по 40–90 минут.

4 июля, 18:38
Evgenia Vavilova

Специалисты центра изучения недр «Геосфера» извлекают из образцов грунта все необходимые данные о действующих и перспективных месторождениях нефти. Рутинные операции с керном делегированы роботам. Умные помощники трудятся 24/7 и позволяют исследователям сосредоточиться на научных и технологических задачах.

30 июня, 07:55
Игорь Байдов

Во время строительства искусственного острова в Индонезии, там, где находился крупный шельф Юго‐Восточной Азии, со временем ушедший под воду, палеонтологи обнаружили большое количество окаменелостей животных. Среди находок оказались кости Homo erectus. Это первые останки древних людей, поднятые со дна затонувшего участка суши Сундаланд.

17 июня, 16:49
Адель Романова

Радиотелескопы уловили очень короткий сигнал, и по его характеристикам стало ясно, что он не может быть естественного происхождения. Астрономы пришли к выводу, что источник находился в околоземном пространстве — там, где уже более полувека летает «мертвый» аппарат NASA.

25 июня, 15:19
ФизТех

Группа российских ученых из Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН и МФТИ провела детальное численное исследование источников шума, генерируемых крылом прототипа сверхзвукового бизнес-джета в режиме посадки. Эта работа, сочетающая передовые методы вычислительной гидродинамики и аэроакустики, впервые позволила с высокой точностью локализовать и охарактеризовать основные зоны шумообразования вблизи полноразмерной геометрии крыла модели прототипа сверхзвукового пассажирского самолета в посадочной конфигурации.

2 июля, 11:17
Юлия Тарасова

Результаты эксперимента в США в будущем могут позволить добиться разрешения на использование отработанной конопли в качестве кормовой добавки в животноводстве.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий
А какая задача у этих дронов? Что они с этими "pods" делают? Доставляют?
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Закрыть
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно