ابتكر باحثون في جامعة نورث وسترن خوارزمية تمنع الروبوتات من الاصطدام ببعضها البعض. يمكن أن يساعد البرنامج السيارات ذاتية القيادة على تجنب الاختناقات المرورية وجعل المستودعات الآلية تعمل بكفاءة أكبر. إليك ملخص الدراسة المنشورة في 17 فبراير في مجلة IEEE Transactions on Robotics.
غالبًا ما يمكن تقليل مهمة تشكيل الشكل في أسراب الروبوت إلى مهمتين - تعيين مواقع الهدف لكل روبوت وإنشاء مسار خالٍ من الاصطدام لهذا الهدف. في هذه المقالة ، نقدم خوارزمية موزعة تحل هذه المهام بشكل متزامن ، وتمكين سرب من الروبوتات من التحرك وتشكيل شكل بسرعة ودون اصطدام. يمكن للمستخدم تحديد الشكل المطلوب كصورة ، وإرسال ذلك إلى سرب من الروبوتات المبرمجة بشكل مماثل ، وسيقوم السرب بنقل جميع الروبوتات إلى مواقع الهدف داخل الشكل المطلوب. تم تنفيذ هذه الخوارزمية على سرب يصل إلى 1024 روبوتًا مقلدًا وسربًا من 100 روبوت حقيقي ، مما يدل على أنها تتقارب بشكل موثوق مع جميع الروبوتات التي تشكل الشكل.
يقول الباحثون: "لكي تصبح المركبات ذاتية القيادة واقعًا في الحياة اليومية ، فإنها تحتاج إلى التنقل بأمان ودون عيوب فيما بينها دون الاصطدام أو التسبب في اختناقات مرورية لا داعي لها". "للمساعدة في جعل هذا ممكنًا ، [قمنا] بتطوير أول خوارزمية لامركزية بضمان خالٍ من الاصطدام وخالٍ من الجمود."
تم اختبار الخوارزمية بنجاح في محاكاة لـ 1،024 من الروبوتات وفي سرب من 100 روبوت حقيقي في المختبر. تقاربت الروبوتات بشكل موثوق وآمن وفعال لتشكيل شكل محدد مسبقًا في أقل من دقيقة. شاهد الفيديو أدناه حيث تشكل الروبوتات الحروف NU للاحتفال ببراعتهم.
يقول الباحث الرئيسي مايكل روبنشتاين: "إذا كان لديك العديد من المركبات ذاتية القيادة على الطريق ، فأنت لا تريد أن تصطدم ببعضها البعض أو تتعثر في طريق مسدود" "من خلال فهم كيفية التحكم في سرب الروبوتات الخاصة بنا لتشكيل الأشكال ، يمكننا فهم كيفية التحكم في أساطيل المركبات ذاتية القيادة أثناء تفاعلها مع بعضها البعض."
تتمثل ميزة استخدام سرب من الروبوتات الصغيرة بدلاً من روبوت كبير واحد أو سرب مع روبوت رائد واحد في عدم وجود تحكم مركزي - والذي يمكن أن يصبح بسرعة نقطة مركزية للفشل. "إذا كان النظام مركزيًا وتوقف الروبوت عن العمل ، فسيفشل النظام بأكمله. في النظام اللامركزي ، لا يوجد قائد يخبر جميع الروبوتات الأخرى بما يجب القيام به. كل روبوت يتخذ قراراته الخاصة. يقول روبنشتاين: "إذا فشل روبوت واحد في سرب ما ، فلا يزال بإمكان السرب إنجاز المهمة".
ترى الخوارزمية الأرض تحت الروبوتات كشبكة. باستخدام تقنية مشابهة لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، يكون كل روبوت على دراية بمكان وجوده على الشبكة. قبل اتخاذ قرار بشأن مكان التحرك ، يستخدم كل روبوت أجهزة استشعار للتواصل مع جيرانه ، وتحديد ما إذا كانت المساحات القريبة داخل الشبكة شاغرة أم مشغولة أم لا. يقول روبنشتاين: "إن الروبوتات ترفض الانتقال إلى مكان ما حتى تصبح تلك البقعة خالية وحتى يعلموا أنه لا توجد روبوتات أخرى تتحرك إلى نفس المكان". "إنهم حريصون ويحجزون مساحة في وقت مبكر."
تحدد الخوارزمية المسافة التي يمكن لكل روبوت أن يتواصل بها مع الروبوتات الأخرى. يوضح روبنشتاين: "يمكن لكل روبوت أن يشعر بثلاثة أو أربعة فقط من أقرب جيرانه". "لا يمكنهم الرؤية عبر السرب بأكمله ، مما يجعل من السهل توسيع نطاق النظام. تتفاعل الروبوتات محليًا لاتخاذ قرارات بدون معلومات عالمية ".
باستخدام الخوارزمية ، يمكن لـ 100 روبوت التنسيق لتشكيل شكل في غضون دقيقة. في بعض الأساليب السابقة ، قد تستغرق العملية نفسها ما يصل إلى ساعة. يتخيل روبنشتاين أنه يمكن استخدام خوارزميته في أساطيل السيارات ذاتية القيادة وفي المستودعات الآلية.
يقول: "تمتلك الشركات الكبيرة مستودعات بها مئات الروبوتات التي تقوم بمهام مشابهة لما تقوم به روبوتاتنا في المختبر". "إنهم بحاجة إلى التأكد من أن روبوتاتهم لا تصطدم بل تتحرك بأسرع ما يمكن للوصول إلى النقطة التي تعطي فيها شيئًا للإنسان في النهاية.
يعتمد المبدأ على اتصال الروبوتات ببعضها البعض عبر شبكة لاسلكية بدلاً من استخدام الرادار والكاميرات وأجهزة الاستشعار فوق الصوتية بالطريقة التي تعمل بها معظم أنظمة القيادة الذاتية اليوم. يمكن للسيارات المتصلة أيضًا أن تتفاعل مع إشارات المرور لتسريع تدفق حركة المرور في الأماكن التي يكون الازدحام فيها مشكلة شائعة. ربما يمكن لخوارزمية مثل هذه أن تجعل السيارات المستقلة من المستوى الخامس ممكنة في وقت أقرب مما كان متوقعًا.
