Humanoid Robot Swarm Synkroniserad med Quorum Sensing

Under de senaste åren har olika företag och labb utvecklat imponerande humanoida robotar som går, blandar och till och med springer. Vissa dansar till och med i grupper på upp till 20 och utför sofistikerade koreograferade rutiner.

Denna typ av synkronisering är ingen lätt uppgift. Ett sätt att göra det är att ha en robot som ledare, som sänder detaljer om dess rörelse och position över ett nätverk som alla andra robotar följer.

Problemet är att nätverksdynamiken inte är så förutsägbar som koreografer skulle vilja. Små förseningar på en halv sekund eller så är vanliga medan vissa meddelanden kan försenas med flera sekunder. Det är helt klart inte tillräckligt bra för en dansrutin eller någon annan typ av synkroniserat beteende.

Så det tillvägagångssätt som robotiker föredra är att programmera varje robot med dansrutinen, synkronisera deras interna klockor i början av föreställningen och sedan överlåta dem till det.

Fördelen är att om prestandan är någorlunda kort kan chansen att klockorna blir desynkroniserade göras liten. Nackdelen är att om robotarna blir desynkroniserade – om man till exempel ramlar omkull – så finns det inget sätt att återfå synkroniseringen.

Så robotister har letat efter en bättre form av synkronisering som är mer robust för de olika prövningar och vedermödor som drabbar robotdansare. Idag avslöjar Patrick Bechon och Jean-Jacques Slotine vid Massachusetts Institute of Technology i Cambridge ett nytt tillvägagångssätt baserat på det biologiska fenomenet kvorumavkänning.

Biologer har länge undrat över förmågan hos bakterier och sociala insekter att känna inte bara närvaron av landsmän utan även deras antal och att synkronisera deras beteende.

Det visar sig att dessa varelser utför denna synkronisering med en process som kallas kvorumavkänning. Detta fungerar genom att ständigt släppa ut signalmolekyler i miljön samtidigt som den lokala koncentrationen av dessa molekyler mäts.

Denna koncentration ökar när fler varelser ansluter sig till lokalbefolkningen och är sålunda ett effektivt mått på befolkningstätheten. När koncentrationen stiger över någon tröskelnivå utlöser det ett annat beteende såsom celldelning, patogenproduktion och bobyggnad.

Nu säger Bechon och Slotine att ett liknande tillvägagångssätt ger ett robust sätt att synkronisera humanoida robotar. Det ideala tillvägagångssättet för synkronisering är att varje robot har tillgång till varannan robots position. Istället ger kvorumavkänningsmetoden varje robot tillgång till en global variabel såsom medelposition eller genomsnittlig klocktid. Varje robot kan också ändra denna variabel eftersom den bidrar till genomsnittet.

Tanken är att om varje robot försöker synkronisera med detta globala medelvärde ska svärmen som helhet hålla god tid.

Dessa killar testar sitt tillvägagångssätt med en grupp av åtta NAO-robotar byggda av det franska robotföretaget Aldebaran. Var och en har en intern klocka som försöker synkronisera med en global genomsnittlig tid som underhålls av en central server.

Det är viktigt att påpeka att servern inte agerar som en mästare med robotarna som slavar som helt enkelt följer dess signal. Om anslutningen till centralen bryts fortsätter robotarna helt enkelt med rutin men utan centraliserad synkronisering.

Istället är den centrala servern mer som en slags miljö som robotarna kan känna av och interagera med.

Detta arrangemang har den betydande fördelen att om en robot ramlar kan den helt enkelt resa sig upp och gå med igen när den har synkroniserat sina rörelser med gruppen ( se video ).

Detta arbete är en del av en bredare utveckling inom robotik. Tillkomsten av relativt billiga humanoida robotar från Aldebaran och andra företag gör att storskalig synkronisering av humanoida svärmar nu är möjlig.

Det är intressant för även om synkronisering tillåter ett stort antal robotar att göra samma sak samtidigt – som att dansa eller marschera – tillåter det också ett stort antal så att robotar kan utföra olika men relaterade uppgifter samtidigt.

Synchrony är med andra ord en möjliggörande teknologi för storskaligt samarbete. Och det öppnar vägen för en helt ny uppsättning uppgifter som robotar skulle kunna göra – tänk på tillverkning och konstruktion. Kanske till och med bobyggnad.

Ref: arxiv.org/abs/1205.2952 : Synkronisering och kvorumavkänning i en svärm av mänskliga robotar

Dölj