211service.com
Humanoid Robot Swarm Synkroniseret ved hjælp af Quorum Sensing
I de senere år har forskellige virksomheder og laboratorier udviklet imponerende humanoide robotter, der går, blander og endda løber. Nogle danser endda i grupper på op til 20 og udfører sofistikerede koreograferede rutiner.
Denne form for synkronisering er ikke nogen nem opgave. En måde at gøre det på er at have en robot som leder, der udsender detaljer om dens bevægelse og position over et netværk, som de andre robotter alle følger.
Problemet er, at netværksdynamikken ikke er så forudsigelig, som koreografer gerne vil have. Små forsinkelser på et halvt sekund eller deromkring er almindelige, mens nogle beskeder kan blive forsinket med flere sekunder. Det er tydeligvis ikke godt nok til en danserutine eller nogen anden form for synkroniseret adfærd.
Så den fremgangsmåde, som robotikere foretrækker, er at programmere hver enkelt robot med danserutinen, synkronisere deres interne ure i starten af forestillingen og derefter overlade dem til det.
Fordelen er, at hvis ydelsen er rimelig kort, kan chancerne for at urene bliver desynkroniserede gøres små. Ulempen er, at hvis robotterne bliver desynkroniserede – hvis man f.eks. falder om – er der ingen måde at genvinde synkroniseringen.
Så robotister har ledt efter en bedre form for synkronisering, der er mere robust over for de forskellige prøvelser og trængsler, der rammer robotdansere. I dag afslører Patrick Bechon og Jean-Jacques Slotine ved Massachusetts Institute of Technology i Cambridge en ny tilgang baseret på det biologiske fænomen kvorumssansning.
Biologer har længe undret sig over bakteriers og sociale insekters evne til ikke kun at mærke tilstedeværelsen af landsmænd, men også deres antal og synkronisere deres adfærd.
Det viser sig, at disse væsner udfører denne synkronisering ved hjælp af en proces kaldet kvorumssansning. Dette virker ved konstant at frigive signalmolekyler til miljøet og samtidig måle den lokale koncentration af disse molekyler.
Denne koncentration stiger, efterhånden som flere skabninger slutter sig til den lokale befolkning, og det er et effektivt mål for befolkningstæthed. Når koncentrationen stiger over et eller andet tærskelniveau, udløser det en anden adfærd såsom celledeling, patogenproduktion og redebygning.
Nu siger Bechon og Slotine, at en lignende tilgang giver en robust måde at synkronisere humanoide robotter. Den ideelle tilgang til synkronisering er, at hver robot har adgang til hver anden robots position. I stedet giver quorum sensing-tilgangen hver robot adgang til en global variabel, såsom den gennemsnitlige position eller den gennemsnitlige urtid. Hver robot kan også ændre denne variabel, fordi den bidrager til gennemsnittet.
Ideen er, at hvis hver robot forsøger at synkronisere med dette globale gennemsnit, skal sværmen som helhed holde god tid.
Disse fyre tester deres tilgang med en gruppe på otte NAO-robotter bygget af det franske robotfirma Aldebaran. Hver har et internt ur, som forsøger at synkronisere med en global gennemsnitstid, der vedligeholdes af en central server.
Det er vigtigt at påpege, at serveren ikke fungerer som en mester med robotterne som slaver, der blot følger dens signal. Hvis forbindelsen til centralen mistes, fortsætter robotterne blot med rutine, men uden centraliseret synkronisering.
I stedet er den centrale server mere som en slags miljø, som robotterne kan sanse og interagere med.
Dette arrangement har den væsentlige fordel, at hvis en robot falder over, kan den ganske enkelt rejse sig op igen og være med igen, når den har resynkroniseret sine bevægelser med gruppen ( se video ).
Dette arbejde er en del af en bredere udvikling inden for robotteknologi. Fremkomsten af relativt billige humanoide robotter fra Aldebaran og andre virksomheder betyder, at storstilet synkronisering af humanoide sværme nu er mulig.
Det er interessant, fordi selvom synkronisering tillader et stort antal robotter at gøre det samme på samme tid - såsom at danse eller marchere - tillader det også et stort antal, så robotter kan udføre forskellige, men relaterede opgaver på samme tid.
Synchrony er med andre ord en teknologi, der gør det muligt at samarbejde i stor skala. Og det åbner vejen for et helt nyt sæt opgaver, som robotter kunne udføre – tænk fremstilling og konstruktion. Måske endda redebygning.
Ref: arxiv.org/abs/1205.2952 : Synkronisering og kvorumsføling i en sværm af humanoide robotter