|
Построили роевой интеллект на принципах нервной системы
|
|
|
|
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.
|
|
|
|
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.
|
|
|
|
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.
|
|
|
|
Источник
|
