Kaip robotai manė, kad jie yra termitai ir pastatė namą • Elena Naimark • Mokslo naujienos "Elementai" • Biomechanika, entomologija

Kaip robotai manė, kad termitai ir pastatė namą

Trys robotai kuria "plytų" pilį. Ši trejybė be centralizuoto vadovavimo sugeba kurti sudėtingiausias struktūras. Pav. iš aptariamo straipsnio Mokslas

Observations on monumental termite piliakalnių statyba įkvėpė mokslininkus kurti specialius statybos robotus. Šie robotai, pavyzdžiui, termitai, buvo atimti centralizuotai valdyti ir vadovautis paprastomis elgesio taisyklėmis, aktualiais "čia ir dabar". Robotai suvokė kitų robotų buvimą ir statybinių plytų kamienus, taip pat sugebėjo manipuliuoti plytais, pastatė reikiamus pastatus. Taigi mokslininkai parodė, kad sudėtingos užduotys gali būti atliekamos padedant autonomiškai veikiantiems padaliniams, kurie yra orientuoti į vietos situaciją, ir yra aprūpintos pačiais paprasčiausiais elgesio taisyklėmis.

Trys specialistai iš Harvardo universiteto Wiss instituto sukūrė robotus, kurie buvo skirti statybai. Tiesa, šie robotai priminė daugiau žaislų ir turėjo kurti tikrus aukštybinius aukštynumus ne tiek, kiek parodyti alternatyvių valdymo sistemų galimybes.

Tai atrodo kaip roboto statybininkas.Jos parametrai yra 17 × 11 × 12 cm, svoris 800 g, detalės pateikiamos ant 3D spausdintuvo. Šoninis vaizdas: 1 – trijų ratų ratukai, patogūs kliūtims įveikti ir vaikščioti aukštyn ir žemyn; 2 – griebia plytas, kurios kelia plytą iš bendrosios krūvos ir iškraunamos į vietą; 3 – plytų rankenos; 4, 5 – infraraudonieji jutikliai, atpažįstami juodai balti, apskaičiuoti atstumą aukštyn ir žemyn; 6 – Ultragarsiniai jutikliai (šią sistemą žiūri šikšnosparniai, o ne termitai). Trys autonominiai varikliai statinį pradeda judėti, mokestis tęsiasi pusantros valandos. "Mūrinis" dydis 21,5 × 21,5 × 4,5 cm ir 200 g svoris pagamintas iš poliuretano putplasčio su 16 neodimio magnetais ant visų veidų (8); forma pritaikyta roboto rankoms (7, 9-11) Aptariamo straipsnio papildomų medžiagų schema

Šie miniatiūriniai robotai sugebėjo sulankstyti specialių plytų pastatus, tačiau jų veiksmai labai skiriasi nuo visų ankstesnių modelių darbų. Įsivaizduokite namo statymo procesą. Pirma, architektas piešia piešinį, tada samdo darbuotojus, jiems priskiriamas žinomas meistras, kuris gali skaityti piešinį ir prižiūrėti darbininkus.Tuomet pradedama statyti, darbuotojai pagal savo įgūdžius atlieka nuoseklias operacijas, meistras bando optimizuoti procesą. Pastato stiprumas ir patogumas priklauso nuo architekto talentų ir meistro bei atlikėjų patirties ir sąžinės.

Bet yra dar vienas būdas kurti kažką. Tai supranta socialiniai vabzdžiai, pavyzdžiui, termitai. Jie neturi originalaus plano, kurį pateikia pagrindinis termito architektas, jie neturi centralizuoto valdymo meistras. Yra tik atskiri vabzdžiai, atliekantys paprastus statybos darbus. Jie nėra vadovaujami vyriausiojo įsakymų, bet paprastų elgesio taisyklių, atitinkančių situaciją "čia ir dabar". Jų veiksmai visiškai priklauso nuo dabartinės situacijos, nuo to, kokių operacijų atliko jų kolegos ankstesniame etape. Šis koordinavimo principas vadinamas stigmerginiu (žr. Stigmergiją). Dėl to termitai sukuria ne mažiau vertingas struktūras nei žmonių dangoraižiai. Jie juos kuria, nepaisant to, kad trūksta gerai apgalvoto plano ir centralizuoto valdymo.

Termitai, esantys dykumoje, panašūs į miestą.Įvairios termičių kolonijos turi savo "architektūrinį stilių", kuris yra genetiškai perduodamas (žr .: N. Mizumoto, K. Matsuura, 2013. Kolonijos specifinė vamzdžio architektūra); pastatai yra labai stiprūs, jie puikiai vėdinami, būtinas šilumos režimas palaikomas viduje. Nuotraukos iš www.outdoors.ru

Harvardo dizaineriai nusprendė įdiegti savo "robots" "termito" statybos metodą. Jie atėmė centralizuotus valdymo robotai "pagrindinio kompiuterio" vardu, o vietoj to jiems suteikė paprastų elgesio taisyklių rinkinį. Šias taisykles paskatino dabartinė situacija: kitų robotų buvimas, jau nutiestų plytų vieta. Be to, šie robotai buvo griežtai fiksuoti, "instinktyvūs" įgūdžiai ir taisyklės. Jie galėtų imtis, pakelti ir nuleisti plytas, nuskaityti pirmyn ir atgal, pasukti ir pasukti aplink savo ašį, lipti vienu žingsniu aukštyn ir važiuoti vienu žingsniu žemyn. Jie važiavo tik pagal laikrodžio rodyklę, kad nekelia eismo kamščių keliuose. Be to, jiems neleidžiama statyti plytų, jei jie jau buvo plytos plyta dešinėje ir kairėje: ši taisyklė buvo nustatyta taip, kad nebūtų apribota roboto manevringumas, nes šiuo atveju robotas negalėjo pasisukti.Galima įdėti plytų laiptais tik tada, kai yra žingsnis šalia; kitaip robotas negalės išlipti iš bokšto. Ar robotai su šiomis taisyklėmis gali sukurti namus?

Veiksmai, kurie draudžiami robotams. A – jei yra tarpelio plotis plytų, tada ten plyta negali būti įdėta; kitaip robotas gali būti įstrigęs. B – Pritvirtinkite plytas geriausiai į dešinę ir į kairę nuo jau sumontuotos pirmosios plytos (pilka); rezultatas yra eilutė. C – toks ciklas negali veikti, nes šiuo atveju robotas turės įterpti plytų tarp dviejų gretimų. D – robotas negali statyti tokių didelių koridorių, nes jis yra pakabintas prie posūkio. Aptariamo straipsnio papildomų medžiagų schema

Trys derinami robotai buvo pradėti, ir jie pradėjo statyti (procesas yra nufilmuotas čia). Statybiniai robotai nuskaitydavo ant trijų spindulių pėsčiųjų, atsargiai vengdami vienas kito, nuvilkdami aplink statybvietę su plytais ar be plytų, laipti laipti ir kruopščiai nuleisdami, pamanę plytas tokiu būdu, kad tik jie galėjo suprasti – o dabar jau yra paruošta Chichen-Itza piramidė … bet Empire State Building.

Tolesni Empire State Building modelio statybos etapai. Pav. iš aptariamo straipsnio Mokslas

Reikia pabrėžti, kad, skirtingai nei termitai, dizaineriai paprašė savo robotų norimą galutinį rezultatą. Tai buvo suplanuota erdvėje su koordinačių rinkiniu, kuris turi būti užpildytas plytomis. (Tiesą sakant, mes nežinome, ar termitai turi galutinio rezultato idėją.) Jei nenustatyta, robotai turės šakojančią konstrukciją, atsirasiančią skirtingų takų labirintą … Jo įrenginys visiškai priklauso nuo taisyklių ir draudimų rinkinio ir nuo dabartinės situacijos (kur tai jau pastatyta). Autoriai pažymi, kad tokius principus vadovauja žmonės miestų statyboje. Bet kokiu atveju, robotai buvo be meistro, kuris nurodė, kam ir kur judėti, kam ir kur ir kur pastatyti plytą. Jie susidorojo su užduotimi ir kiekvieną kartą sukūrė reikiamą konstrukciją nauju būdu.

Tokia sistema, kaip nurodo jos kūrėjai, yra paprasta: kiekvienam robotui suteikiamas nedidelis identiškų elgesio taisyklių rinkinys. Ji turi reikiamą situacinį lankstumą, o galutinis rezultatas visada kažkaip pasiekiamas.Svarbu, kad tuo pačiu metu sistemoje nebūtų visi centrinio valdymo trūkumai, kai tuo pačiu metu turite analizuoti per daug informacijos ir rasti optimalų sprendimą visiems esamiems elementams. Tokia autonomiškai veikiančių robočių sistema atveria puikią galimybę statyti objektus atokiose vietovėse arba pavojingose ​​situacijose. Tačiau, norint jį įgyvendinti, reikės išspręsti daugelį techninių problemų, bet vis tiek. Be to, yra kažkas, į kurį reikia atsižvelgti į teorinius filosofus: čia yra centralizuoto ir decentralizuoto valdymo principai bei paprastų taisyklių nenuspėjamumas sudėtingose ​​sistemose …

Šaltinis: Justinas Werfelis, Kirstinas Petersenas, Radhika Nagpal. Kolektyvinio elgesio projektavimas "Termito" įkvėpto roboto konstrukcijos grupėje // Mokslas. 2014. V. 343. P. 754-758.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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