Звичка риб діяти відповідно до того, як діють їхні сусіди, надихнула інженерів з Гарвардського університету створити косяк з рибоподібних роботів, які координуються один з одним за світлом. Ґрунтуючись на простому виявленні світлодіодного світла, косяк роборибок Blueswarm демонструє складну самоорганізовану поведінку на кшталт об’єднання у зграю або формування кола. Стаття із результатами дослідження була опублікована у журналі Science Robotics.
SSR Lab Harvard / YouTube
Як кооперуються роботи?
Інженери звертаються до теорії колективного розуму, щоб навчити своїх роботів так само організуватися. Такий підхід має назву локальна самоорганізація, та передбачає, що роботи не мають даних про своє положення, а їхні дії засновані лише на взаємодії з сусідами. Це дає змогу створити повністю автономний та самоврядний рій роботів. Однак, якщо для, наприклад, повітряного простору проблем не виникає і дрони вже навчилися збиратися у рій, то для підводних роботів традиційні методи наземного зв'язку, наприклад, GPS — недоступні. А тому більшість підводних роботів або координуються перед заглибленням, або взагалі не взаємодіють. Однак, підводні мініатюрні роботи якнайкраще підходять для дослідження місць з високою екологічною чутливістю, наприклад, коралових рифів.
Чим цікава поведінка риб?
Тисячі риб, об’єднуючись у косяки, мігрують на великі відстані, збираються навколо коралових рифів та навіть утворюють складні динамічні форми. Скупчення риб може перетворитися в злагоджену і організовану зграю, а за кілька секунд знову стати аморфними: вони шикуються довгими тонкими лініями, набувають квадратної або овальної форми, утворюють клини або вихори. Риби отримують багато переваг від цієї співпраці, адже так вони швидше знайдуть їжу, втечуть від хижаків або змінять своє місце проживання. Вчені вважають, що така колективна поведінка виникає через явище неявної координації, коли риби приймають рішення на основі візуальних спостережень за найближчими сусідами.
Що запропонували інженери?
Розроблених вченими рибоподібних роботів Bluebot оснастили чотирма плавниками для маневровості, двома камерами і трьома світлодіодними лампами. За словами вчених, під час проєктування своїх роботів вони надихалися рибою-хірургом. Набір сенсорів забезпечує роботам сприйняття і переміщення у всіх трьох вимірах простору та реакцію на рух сусідніх роботів. Кожний робот помічатиме світлодіоди сусідніх Bluebot, а алгоритми вже визначатимуть поведінку, залежно від їхньої відстані і напрямку.
Так, наприклад, під час змодельованої вченими ситуації з пошуку вогника, роботи розішлися по всьому резервуару з водою, поки один з них не підійшов досить близько до джерела світла. Тільки-но він виявив потрібне світло, його світлодіоди заблимали, а решта роботів забралися навколо. Також інженери продемонстрували й таку самоорганізаційну поведінку, як об’єднання, роз’єднання та утворення кола. Кожний Bluebot може виявити свого сусіда на відстані до п’яти метрів, але іноді роботи губляться, якщо поряд багато інших, та просто скупчуються в одному місці.
Також раніше ми писали, що рибоподібні роботи, якщо їх об’єднати у пари, плаватимуть ефективніше, завдяки узгодженню рухів хвоста.