Hvordan robotter foregav at være termitter og bygget et hus • Elena Naimark • Videnskabsnyheder om "Elementer" • Biomekanik, Entomologi

Hvordan robotter foregav termitter og bygget et hus

Tre robotter bygger et slot af "mursten". Denne treenighed, uden noget centraliseret lederskab, er i stand til at opbygge de mest indviklede strukturer. Fig. fra den pågældende artikel Videnskab

Observationer om opførelsen af ​​monumental termit mounds inspirerede forskere til at oprette specielle byggeb robotter. Disse robotter, som termitter, blev berøvet centraliseret kontrol og blev styret af enkle adfærdsregler, relevante "her og nu". Roboter opfattede tilstedeværelsen af ​​andre robotter og placeringen af ​​stabler af byggesten og kunne manipulere klodser, rejste de nødvendige bygninger. Så forskere har vist, at komplekse opgaver kan udføres ved hjælp af autonome operative enheder, der er orienteret i den lokale situation og er udstyret med de samme enkle regler for adfærd.

Tre specialister fra Wiss Institute of Harvard University designet robotter, der var beregnet til konstruktion. Det var sandt, at disse robotter var mere som legetøj og måtte bygge reelle højhuse ikke så meget som at vise mulighederne for alternative kontrolsystemer.

Det ligner en robotbygger.Dens parametre er 17 × 11 × 12 cm, vægt 800 g, detaljer er lavet på en 3D printer. Set fra siden: 1 – tre-bjælkehjul, bekvem for at overvinde forhindringer og til at gå op og ned trin; 2 – griber mursten, der løfter en mursten ud af en fælles bunke og loser den på plads 3 – håndtag til mursten 4, 5 – infrarøde sensorer, genkende sort og hvidt, estimere afstanden op og ned 6 – Ultralydsensorer (dette system kigges af designere i flagermus, ikke termitter). Tre autonome motorer sætter konstruktionen i gang, ladningen varer i en halv time. "Mursten" med en størrelse på 21,5 × 21,5 × 4,5 cm og en vægt på 200 g er lavet af polyurethanskum med 16 neodymmagneter på alle sider (8); formularen er tilpasset robotens hænder (7, 9-11). Ordning af yderligere materialer til artiklen under drøftelse

Disse miniatyr robotter var i stand til at folde bygninger af særlige mursten, men deres handlinger var meget forskellige fra arbejdet i alle tidligere modeller. Forestil dig processen med at bygge et hus. Først gør arkitekten en tegning, så arbejdes ansat, en kyndig mand er tildelt dem, der er i stand til at læse tegningen og overvåge arbejderne.Derefter begynder konstruktionen, arbejderne i overensstemmelse med deres færdigheder udfører successive operationer, forsommeren forsøger at optimere processen. Bygningens styrke og bekvemmelighed afhænger af arkitektens talenter og erfaring og samvittighed hos foreman og kunstnere.

Men der er en anden måde at bygge noget på. Det er realiseret af sociale insekter, for eksempel termitter. De har ikke den oprindelige plan fremlagt af den vigtigste termitarkitekt, de har ikke centraliseret ledelse i formanden. Der er kun individuelle insekter, der udfører simple bygningsoperationer. De styres ikke af chefens ordrer, men ved enkle adfærdsregler, som svarer til situationen "her og nu". Deres handlinger er helt afhængige af den aktuelle situation, på hvilke operationer deres kolleger har udført i det foregående stadium. Dette koordineringsprincip kaldes stigmergisk (se Stigmergy). Som et resultat har termitter strukturer, der ikke er mindre majestætiske end menneskelige skyskrabere. De skaber dem, på trods af manglen på en gennemtænkt plan og centraliseret forvaltning.

Termitter i ørkenen ligner byen.Forskellige kolonier af termitter har deres egen "arkitektoniske stil", som transmitteres genetisk (se: N. Mizumoto, K. Matsuura, 2013. Rørets kolonespecifikke arkitektur); Bygningerne er meget stærke, de er glimrende ventileret, den nødvendige termiske tilstand opretholdes inde. Billeder fra www.outdoors.ru

Harvard designere besluttede at implementere for deres robotter "termit" metode til konstruktion. De berøvede de centraliserede kontrolrobotter på vegne af "Main Computer" og gav dem i stedet nogle enkle regler for adfærd. Disse regler blev dikteret af den nuværende situation: Tilstedeværelsen af ​​andre robotter, placeringen af ​​de mursten, der allerede var lagt. Også disse robotter havde stivfaste, "instinktive" færdigheder og regler. De kunne tage, hæve og sænke mursten, krybe frem og tilbage, dreje og dreje rundt om deres akse, klatre et trin op og gå ned et skridt ned. De flyttede kun med uret for ikke at skabe trafikpropper på vejen. De fik heller ikke lov til at lægge en mursten, hvis de allerede var mursten af ​​mursten til højre og venstre: Denne regel blev sat for ikke at begrænse robotens manøvredygtighed, da robotten i dette tilfælde ikke kunne vende sig om.Det er muligt kun at sætte en mursten ovenpå, hvis der er et skridt i nærheden; Ellers kan robotten ikke komme ud af tårnet. Kan robotter udstyret med disse regler bygge et hus?

Handlinger, der er forbudte til robotter. En – hvis der er en spaltevidde på en mursten, så kan mursten ikke indsættes Ellers kan robotten sidde fast. B – Fastgør mursten fortrinsvis til højre og til venstre for den allerede lagt første mursten (grå); Resultatet er en linje. C – En sådan cyklus kan ikke fungere, da robotten i dette tilfælde skal indsætte en mursten i kløften mellem to tilstødende. D – Roboten kan ikke bygge sådanne høje korridorer, da den sidder fast ved en sving. Ordning af yderligere materialer til artiklen under drøftelse

Tre debugged robotter blev givet en start, og de begyndte at bygge (processen er filmet her). Konstruktionsroboter gennemsøgt på deres tre-bjælke vandrere, forsigtigt undgå hinanden, scurrying omkring byggepladsen med og uden mursten, klatring trin og forsigtigt gå ned, lægge mursten på en måde, som kun de kunne forstå – og nu er Chichen-Itza pyramiden klar … men nu Empire State Building.

Efterfølgende stadier af opførelsen af ​​Empire State Building-modellen. Fig. fra den pågældende artikel Videnskab

Det skal understreges, at designerne i modsætning til termitter bad deres robotter om det ønskede slutresultat. Det blev realiseret af et sæt koordinater i rummet, som skal fyldes med mursten. (For at fortælle sandheden, ved vi ikke, om termitter har en ide om det endelige resultat.) Hvis det ikke er angivet, så vil robotter have en forgreningskonstruktion, en slags labyrint af divergerende stier … Dens enhed afhænger helt af sæt af regler og forbud og om den aktuelle situation (hvor der allerede er bygget). Forfatterne bemærker, at sådanne principper styres af folk i opførelsen af ​​byer. Alligevel gjorde robotterne uden en foreman, der ville indikere til hvem og hvor de skulle bevæge sig og til hvem og hvor de skulle lægge mursten. De klare opgaven og bygget den krævede konstruktion hver gang på en ny måde.

Et sådant system, som dets skabere påpeger, er simpelt: hver robot får et lille sæt identiske regler for adfærd. Hun har den nødvendige situationelle fleksibilitet, og slutresultatet opnås altid på en eller anden måde.Det er vigtigt, at systemet samtidig er blottet for alle manglerne i centraliseret styring, når du skal analysere for meget information og finde den optimale løsning for alle eksisterende elementer på samme tid. Et sådant system af autonomt operative robotter åbner en glimrende mulighed for at bygge genstande i fjerntliggende områder eller farlige situationer. For at gennemføre det skal det dog være nødvendigt at løse mange tekniske problemer, men stadig. Derudover er der noget at reflektere over de teoretiske filosoffer: her er principperne om centraliseret og decentral forvaltning, og uforudsigeligheden af ​​summen af ​​enkle regler i komplekse systemer …

Kilde: Justin Werfel, Kirstin Petersen, Radhika Nagpal. Udformning af kollektive adfærd i et Termite-inspireret Robot Construction Team // Videnskab. 2014. V. 343, s. 754-758.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: