Dalijimasis ištekliais padidina robotų atsparumą – Robohub

Mori3 modulinis origami robotas. Vaizdo kreditas: EPFL. Atkurta pagal CC-BY-SA.

Parašė Celia Luterbacher

Jei roboto tikslas yra atlikti funkciją, tada gedimo tikimybės sumažinimas yra svarbiausias prioritetas, kai kalbama apie roboto dizainą. Tačiau šis sumažinimas prieštarauja robotų raison d’être: sistemos su keliais padaliniais arba agentais gali atlikti įvairesnes funkcijas, tačiau jose taip pat yra daugiau skirtingų dalių, kurios gali sugesti.

Tyrėjai, vadovaujami Jamie Paiko, Reconfigurable Robotics Laboratory (RRL) vadovo EPFL inžinerijos mokykloje, ne tik apėjo šią problemą, bet ir ją išsprendė: jie sukūrė modulinį robotą, kuris iš tikrųjų sumažina gedimo tikimybę, dalindamasis ištekliais tarp atskirų agentų.

„Pirmą kartą radome būdą, kaip pakeisti didėjančios gedimo tikimybės tendenciją didėjant funkcijai“, – aiškina Paikas. „Pristatome vietinių išteklių dalijimąsi kaip naują robotikos paradigmą, sumažinančią gedimų dažnį naudojant didesnį modulių skaičių.

Straipsnyje, paskelbtame m Mokslo robotikakomanda parodė, kaip naudojant perteklinius išteklius ir juos dalijantis vietoje, modulinis origami robotas galėjo sėkmingai naršyti sudėtingoje vietovėje, net kai vienam moduliui visiškai neteko galios, jutimo ir belaidžio ryšio.

Dalintis yra rūpinimasis

RRL komanda įkvėpimo savo naujovėms sėmėsi iš gamtos, kur nesėkmės problema dažnai sprendžiama kolektyviai. Paukščiai dalijasi vietine jutimo informacija puldami, kai kurie medžiai praneša apie grėsmes kaimynams naudodamiesi oro signalais, o ląstelės nuolat perneša maistines medžiagas per savo membranas, kad bet kurio individo mirtis neturėtų reikšmingos įtakos visam organizmui.

Moduliniai robotai, sudaryti iš kelių vienetų, kurie susijungia ir sudaro visą sistemą, yra analogiški daugialąsčiams ar kolektyviniams organizmams, tačiau iki šiol jų konstrukcija buvo pažeidžiamumo šaltinis: vieno modulio gedimas dažnai išjungia kai kuriuos, jei ne visus, roboto gebėjimus atlikti užduotis. Kai kurie moduliniai robotai šią problemą išsprendžia turėdami integruotus atsarginius išteklius arba savaiminio perkonfigūravimo galimybes, tačiau šie metodai paprastai visiškai neatkuria funkcionalumo.

Savo tyrimui RRL komanda naudojo tai, kas vadinama hiperredundancija: visos svarbios galios, ryšio ir jutimo išteklių pasidalijimas visuose moduliuose, nekeičiant roboto fizinės struktūros.

„Mes nustatėme, kad nepakako pasidalyti tik vienu ar dviem ištekliais: jei kiekvienam ištekliui būtų vienoda gedimo tikimybė, sistemos patikimumas ir toliau mažėtų didėjant agentų skaičiui. Tačiau kai visi ištekliai buvo bendrinami, ši tendencija pasikeitė”, – sako Paikas.

Atlikdama judėjimo užduoties eksperimentą su Mori3 robotu, kurį sudaro keturi trikampiai moduliai, komanda eksperimentavo su baterijos energijos mažinimu, belaidžiu ryšiu ir centrinio modulio jutimu. Paprastai šis „negyvas“ centrinis modulis blokuotų kitų trijų artikuliaciją ir judėjimą, tačiau dėl pernelyg didelio pertekliaus gretimi moduliai visiškai kompensavo jo išteklių trūkumą. Tai leido Mori3 sėkmingai „eiti“ link užtvaros ir efektyviai susisukti, kad prasilenktų po juo.

„Iš esmės mūsų metodika leido mums „atgaivinti” mirusį modulį kolektyve ir sugrąžinti jo funkcionalumą. Todėl mūsų vietinė išteklių pasidalijimo sistema gali palaikyti labai prisitaikančius robotus, kurie gali veikti beprecedentiškai patikimai ir galiausiai išspręsti patikimumo ir prisitaikymo konfliktą”, – apibendrina RRL tyrėjas ir pirmasis autorius Kevinas Holdcroft.

Tyrėjai teigia, kad ateityje darbas galėtų būti sutelktas į jų išteklių pasidalijimo sistemos taikymą sudėtingesnėms sistemoms, kuriose daugėja agentų. Visų pirma, tą pačią koncepciją būtų galima išplėsti ir robotų spiečius, naudojant aparatinės įrangos pritaikymus, leidžiančius spiečiaus nariams susijungti vienas su kitu energijai ir informacijai perduoti.

Nuorodos

Keičiamas robotų kolektyvinis atsparumas dalijantis ištekliais, Holdcroft, K., Bolotnikova, A., Monforte, AJ ir Paik, J.Mokslo robotika (2026).