Nämä robotit suuntautuvat naapurinsa siluettien mukaan, jotka voivat näyttää suuremmilta, pienemmiltä tai liikkuvat näkökentässä. Tämä tutkimus osoittaa, että robotit jäljittelevät tarkasti eläimissä havaittuja kollektiivisia liikkeitä.
a) Kiertävä kollektiivinen liike toistuu pallomaisilla roboteilla.
b) Naapurisiilien ensisijainen näkemys emuloidaan jokaisessa robotissa.
c) Havaitut siilit voivat kasvaa, pienentyä tai kulkea näkökentässä.
d) Ankkurin lisääminen mahdollistaa robottien kollektiivisen liikkeen rajoittamisen rajattuun tilaan.
© Castro, Eloy, Ruffier (Creative Commons Attribution 4.0)
b) Naapurisiilien ensisijainen näkemys emuloidaan jokaisessa robotissa.
c) Havaitut siilit voivat kasvaa, pienentyä tai kulkea näkökentässä.
d) Ankkurin lisääminen mahdollistaa robottien kollektiivisen liikkeen rajoittamisen rajattuun tilaan.
© Castro, Eloy, Ruffier (Creative Commons Attribution 4.0)
Inspiroituminen eläinten kollektiivisista liikkeistä...
Kuvittele parvi lintuja lentämässä taivaalla tai kalaparvi uiskentelemassa täydellisessä harmoniassa. Nämä kiehtovat liikkeet, joita tiedemiehet ovat tutkinneet pitkään, voidaan nyt jäljitellä simulaatioissa ja roboteilla, käyttäen pelkästään visuaalisia tietoja.
Näitä liikkeitä kutsutaan kollektiivisiksi liikkeiksi. Perinteisesti näitä liikkeitä on mallinnettu ottamatta huomioon biologista visuaalista järjestelmää (tai luonnollista näköä) yksilöiden osalta. Näin ollen suurin osa malleista perustuu naapurien välimatkan tuntemiseen, mikä ei ole eläimille tyypillistä.
... uuden mallin luomiseksi...
Artikkelissa, joka julkaistiin Bioinspiration & Biomimetics -lehdessä, tiedemiehet ovat kehittäneet uuden mallin. Se ei perustu keinotekoisiin etäisyysmittauksiin, vaan käyttää, kuten eläimet tekevät, ensisijaisia visuaalisia vihjeitä neljän säännön soveltamiseksi, joita kaikki ryhmän jäsenet noudattavat itsenäisesti.
Tämä malli olettaa, että jokainen yksilö näkee vain muiden muodostamat siluetit, ilman että tunnistaa itse yksilöitä. Ne esitetään siluettina jokaisen yksilön näkökentässä, luoden siten ensisijaisia visuaalisia vihjeitä, kun siluetit liikkuvat.
Neljän sääntö ovat seuraavat:
- Vetovoima: tämä sääntö edustaa ryhmän luonnollista halua pysyä yhdessä. Ilman vetovoimaa yksilöt etääntyisivät toisistaan. Sääntö toteutuu ottaen huomioon jokaisen siluetin optisen koon.
- Suuntautuminen: tämä sääntö heijastaa ryhmän taipumusta liikkua samaan suuntaan. Ilman suuntautumista yksilöillä olisi vaikeuksia pysyä ryhmän mukana. Se toimii mittaamalla niin kutsuttua "optista virtausta", joka kuvaa visuaalista kulkua yksilön ympärillä.
- Vältteleminen: tämä sääntö, joka on otettu käyttöön estämään robottien välisiä törmäyksiä, heijastaa yksilön taipumusta välttää läheisiä robotteja. Se toteutuu muuttamalla vetovoimaa jokaisen siluetin optisen koon kynnyksen mukaan.
- Ankkurointi: tämä sääntö on lisätty, koska käytettävissä oleva tila robottikokeelle on aina rajallinen. Se heijastaa ryhmien rajoittumista tiettyyn paikkaan. Tämä sääntö toimii samankaltaisesti vetovoimasäännön kanssa, mutta tietyssä virtuaalisesti määritellyssä paikassa.
Robottien toteutus tuo viivettä robotille lähetetyn käskyn ja sen liikkeen alkamisen välille: tämä viive on myös otettu huomioon simulaatiossa, jotta se pysyisi vertailukelpoisena.
... edistää autonomista robotiikkaa.
Nämä työt käyttävät visuaalista mallia kollektiivisesta liikkeestä pallomaisilla roboteilla, joissa jokaisen robotin näkökyky on emuloitu. Näin robotit jäljittelevät näitä kollektiivisia käyttäytymisiä kymmenen itsenäisen pallomaisen robotin ryhmässä. Tämä malli on myös auttanut kaventamaan kuilua simulaatioiden ja robottikokeiden välillä. Itse asiassa robottikokeilu tuo aina mukanaan epävarmuuksia, joita on vaikea mallintaa tarkasti. Tässä simuloidut ja robottikäyttäytymiset ovat lähes identtisiä, vaikka ne ohjataan täsmälleen samalla visuaalisella mallilla.
Yhteenvetona voidaan todeta, että tämä minimaalinen visuaalinen malli kollektiivisesta liikkeestä riittää useimpien kollektiivisten käyttäytymisten rekreointiin pallomaisilla roboteilla, jotka käyttäytyvät analogisesti digitaalisiin simulaatioihin. Tämä työ merkitsee edistystä autonomiselle robotiikalle, ja sillä on potentiaalisia sovelluksia parvirobotiikassa, etsintä- ja pelastustehtävissä sekä automatisoiduissa valvontajärjestelmissä.