Инженеры создали роботов-муравьев, которые координируются с помощью света: видео

Инженеры из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS, США) представили систему роботизированных «муравьев» RAnts, способных совместно строить и разбирать конструкции без центрального управления, карт или заранее заданного плана. Работа опубликована в журнале PRX Life.

Рой без координатора

Каждый робот крайне прост по устройству. Он не «понимает» общую задачу, а реагирует только на локальные сигналы и соседние элементы среды.

Профессор Л. Махадеван описывает принцип так:

«Наше новое исследование показывает, как простые локальные правила могут привести к возникновению сложных процессов выполнения задач, которые являются самоорганизующимися, а следовательно, устойчивыми и адаптивными.

Мы вводим концепцию воплощенного интеллекта, согласно которой коллективное познание возникает не только у отдельных агентов, но и в результате их постоянного взаимодействия с развивающейся окружающей средой».

Иными словами, «интеллект» системы не локализован в одном роботе — он возникает в сети взаимодействий.

Свет заменяет феромоны

В природе муравьи координируются с помощью химических следов — феромонов. Гарвардская система заменяет их на световые поля, которые называют фотомонами.

Каждый робот ориентируется по градиенту света, аналогично тому как живые муравьи следуют запаховым следам. Свет не просто сигнал — он одновременно результат действий роботов, что создает замкнутую систему обратной связи.

Этот механизм основан на стигмергии — принципе, при котором изменения в среде становятся «памятью» коллективных действий и направляют поведение других участников.

Как происходит строительство

RAnts действуют по минимальному набору правил:

• движение вдоль градиента света
• захват и перенос строительных блоков
• размещение блоков при достижении пороговых условий

Хотя поведение каждого робота элементарно, в совокупности они способны формировать устойчивые структуры — стены, перегородки и другие геометрические формы. Ключевой момент — отсутствие фиксированной роли. Один и тот же робот может участвовать в строительстве или разборке в зависимости от параметров системы.

Переключение режимов и гибкость

Система управляется всего двумя основными настройками: чувствительностью к свету и правилами захвата/сброса блоков.

Изменяя эти параметры, исследователи могут переключать рой между режимами:

• активное строительство
• реконфигурация структуры
• полная разборка объекта

Это делает систему динамической: она не только создает форму, но и может «откатить» её без внешнего вмешательства.

Подход предлагает другой взгляд на робототехнику: вместо централизованного управления и тяжелых вычислений сложные задачи решаются за счет простых правил у множества одинаковых роботов. Сложность при этом возникает сама по мере их взаимодействия между собой и с окружающей средой.

Возможные применения

Авторы отмечают несколько перспективных направлений:

• автономное строительство в опасных или недоступных зонах
• миссии на других планетах, где невозможно постоянное управление
• создание моделей коллективного поведения для биологии и физики активных систем
• адаптивные конструкции, способные перестраиваться без инженера

Главная идея исследования в том, что коллективный интеллект может быть свойством не отдельного устройства, а всей системы взаимодействующих элементов и среды, в которой они работают.