Социальные животные, которые вдохновляют новые виды поведения для роботов

Прочитано: 139 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Оценок пока нет)
Loading ... Loading ...


От стай птиц до рыбных косяков в море или возвышающихся термитников — многие социальные группы в природе существуют вместе, чтобы выживать и процветать. Такое кооперативное поведение может быть использовано инженерами как «био-вдохновение» для решения практических человеческих проблем, а также специалистами по компьютерам, изучающими интеллект роя.

Социальные животные, которые вдохновляют новые виды поведения для роботовСоциальные животные, которые вдохновляют новые виды поведения для роботов

«Swarm robotics» взлетел в начале 2000-х годов , ранний пример — «s-bot» (сокращение от «swarm-bot»). Это полностью автономный робот, который может выполнять основные задачи, включая навигацию и захват объектов, и который может самостоятельно собираться в цепи, чтобы преодолевать зазоры или тянуть тяжелые грузы . Совсем недавно роботы «TERMES» были разработаны в качестве концепции в строительстве , а в рамках проекта «CoCoRo» был разработан подводный робот-ройэто функционирует как стая рыб, которая обменивается информацией для мониторинга окружающей среды. Пока что мы только начали изучать огромные возможности, которые коллективы животных и их поведение могут предложить в качестве вдохновения для создания робота- роя.

Роботы, которые могут сотрудничать в больших количествах, могут достигать вещей, которые были бы трудными или даже невозможными для одного объекта. Например, после землетрясения рой поисково-спасательных роботов мог быстро исследовать несколько разрушенных зданий в поисках признаков жизни. Под угрозой большого пожара рой дронов может помочь аварийным службам отследить и предсказать распространение пожара. Или рой плавающих роботов ( «гребных ботов» ) может откусить кусочки океанического мусора, питаемые бактериями, питающимися пластиком.

Био-вдохновение в роевой робототехнике обычно начинается с социальных насекомых — муравьев, пчел и термитов — потому что члены колонии очень близки, что способствует впечатляющему сотрудничеству. Исследователям нравятся еще три характеристики: надежность, поскольку люди могут быть потеряны без ущерба для производительности; гибкость, потому что работники социальных насекомых могут реагировать на меняющиеся потребности в работе; и масштабируемость, потому что децентрализованная организация колонии устойчива с 100 работниками или 100 000 человек. Эти характеристики могут быть особенно полезны для выполнения таких работ, как мониторинг окружающей среды, который требует охвата огромных, разнообразных и иногда опасных зон.


Социальное обучение

Помимо социальных насекомых, другие виды и поведенческие явления в животном мире вдохновляют инженеров. Растущая область биологических исследований находится в культурах животных , где животные участвуют в социальном обучении, чтобы подобрать поведение, которое они вряд ли будут вводить самостоятельно. Например, у китов и дельфинов могут быть отличительные методы поиска пищи, которые передаются из поколения в поколение. Это включает в себя различные формы использования инструмента — было замечено, что дельфины ломают морские губки, чтобы защитить клювы, когда они бегают за рыбой, словно человек может надеть на руку перчатку.

Социальные животные, которые вдохновляют новые виды поведения для роботов

Формы социального обучения и искусственные культуры роботов, возможно, с использованием форм искусственного интеллекта, могут быть очень эффективными в адаптации роботов к их среде с течением времени. Например, вспомогательные роботы для домашнего ухода могут со временем адаптироваться к человеческим поведенческим различиям в разных сообществах и странах.

Культуры роботов (или животных), однако, зависят от способностей к обучению, которые стоят дорого для развития, требующих большего мозга — или, в случае роботов, более совершенного компьютера. Но ценность подхода «роя» состоит в том, чтобы использовать простых, дешевых и одноразовых роботов. Робототехнический рой использует реальность появления ( «больше — это другое» ), чтобы создать социальную сложность из индивидуальной простоты. Более фундаментальная форма «изучения» окружающей среды проявляется в природе — в чувствительных процессах развития, — которые не требуют большого мозга.

«Фенотипическая пластичность»

Некоторые животные могут изменять поведенческий тип или даже развивать различные формы, формы или внутренние функции в пределах одного и того же вида, несмотря на то, что они имеют одинаковое начальное «программирование». Это известно как « фенотипическая пластичность » — когда гены организма дают разные наблюдаемые результаты в зависимости от условий окружающей среды. Такая гибкость может быть замечена у социальных насекомых , но иногда даже более резко у других животных.

Социальные животные, которые вдохновляют новые виды поведения для роботов

Большинство пауков явно одиноки, но примерно у 20 из 45 000 видов пауков люди живут в общем гнезде и добывают пищу в общей сети. Эти социальные пауки извлекают выгоду из того, что в их группе есть смесь «личностных» типов, например, смелых и застенчивых.

Мое исследование выявило гибкость в поведении, когда застенчивые пауки вступают в роль, освобожденную отсутствующими смелыми обитателями гнезда. Это необходимо, потому что колония пауков нуждается в балансе смелых людей, чтобы поощрять коллективное хищничество, и более ловких, чтобы сосредоточиться на содержании гнезда и родительской заботе. Роботы могут быть запрограммированы с настраиваемым поведением риска, чувствительным к составу группы, с более смелыми роботами, входящими в опасную среду, в то время как более молодые знают, что сдерживаться. Это может быть очень полезно при картировании зоны бедствия, такой как Фукусима, включая ее наиболее опасные части, при этом избегая одновременного повреждения слишком большого количества роботов в рое.

Способность адаптироваться

Жабы тростника были введены в Австралии в 1930-х годах в качестве средства борьбы с вредителями и с тех пор сами стали инвазивными видами. В новых областях жабы тростника замечены, чтобы быть несколько социальными . Одна из причин их роста численности заключается в том, что они способны адаптироваться к широкому температурному диапазону, что является формой физиологической пластичности. Рой роботов с возможностью переключения режима энергопотребления в зависимости от условий окружающей среды, таких как температура окружающей среды, может быть значительно более долговечным, если мы хотим, чтобы они работали автономно в течение длительного времени. Например, если мы хотим отправить роботов на карту Марса, им потребуется справиться с температурой, которая может колебаться от -150 ° C на полюсах до 20 ° C на экваторе.

В дополнение к поведенческой и физиологической пластичности, некоторые организмы проявляют морфологическую (форму) пластичность. Например, некоторые бактерии изменяют свою форму в ответ на стресс, становятся удлиненными и, таким образом, более устойчивыми к тому, чтобы быть «съеденными» другими организмами. Если рои роботов могут объединяться вместе по модульному принципу и (пере) собираться в более подходящие структуры, это может быть очень полезно в непредсказуемых средах. Например, группы роботов могут объединяться для обеспечения безопасности, когда погода принимает сложный поворот.

Будь то «культуры», разработанные группами животных, которые зависят от способностей к обучению, или более фундаментальная способность изменять «личность», внутреннюю функцию или форму, у робототехники роя все еще есть много пробега, когда дело доходит до извлечения вдохновения от природы. Возможно, мы даже захотим смешивать и сопоставлять поведение разных видов, чтобы создавать собственные «гибриды» роботов. Человечество сталкивается с проблемами, начиная от изменения климата, влияющего на океанские течения , и заканчивая растущей потребностью в производстве продуктов питания , до освоения космоса — и рой-робототехника может сыграть решающую роль при правильном биологическом вдохновении.

Подведены итоги открытого турнира по Робототехнике – 2017



Новости партнеров

Загрузка...