Ученые создали роботов, похожих своим поведением на муравьев
Один муравей не очень умен, но если собрать их вместе, они смогут добиться замечательных результатов. Вдохновленные этим возникающим кооперативным поведением, исследователи из Гарварда создали роботов, которые могут работать вместе, чтобы сбежать из «тюрьмы», не нуждаясь в конкретном плане.
В некотором смысле муравьиная колония работает по алгоритму: отдельные муравьи не думают конкретно о задаче, но они следуют набору инстинктивных правил, которые направляют их к сложным инженерным подвигам, таким как рытье сетей туннелей или строительство мостов. Они общаются друг с другом с помощью антенн и феромонных следов.
Исследователи начали с проведения эксперимента с небольшой группой муравьев, помещенных в загон, круглую ловушку, окруженную мягкой песчаной стеной, чтобы увидеть, как они работают вместе, чтобы убежать.
Сначала все муравьи бродили хаотично, но вскоре некоторые из них начали копаться в разных местах стен. Со временем ученые обнаружили, что муравьи перестали копать в одиночку и вместо этого стали собираться вместе, чтобы более эффективно работать в одном туннеле, пока им в конце концов не удалось вырваться наружу.
На основе своих наблюдений исследователи построили математические модели происходящего. Когда муравьи сталкивались друг с другом, они общались через свои антенны.
Со временем они начнут отдавать предпочтение областям, где они взаимодействовали чаще, создавая петлю обратной связи, в которой они будут собираться в этих местах все больше и больше. Это заставило бы их сосредоточить свои усилия на копании в одном месте, пока они не прорвутся, вместо того, чтобы каждый муравей копал свои собственные туннели.
Имея эту модель, ученые приступили к созданию роботов, которые следовали схожим правилам. Их роботизированные муравьи, которых они назвали RAnt, не выделяли химических феромонов, а оставляли после себя световые поля, или «фоторомоны», которые становились ярче по мере того, как роботы проходили мимо.
RAnts были запрограммированы следовать трем простым правилам: они должны были следовать градиенту поля фоторомона, избегать других роботов в местах с высокой плотностью поля и подбирать препятствия в местах с высокой плотностью и перемещать их в области с низкой плотностью.
Такие правила позволяли RAnt сотрудничать почти так же, как в эксперименте с муравьями. Помещенные в собственный загон, окруженные несколькими кольцами небольших препятствий, роботы вскоре поняли, что лучший план побега — работать вместе, чтобы сосредоточиться на одном месте.
Этот метод может быть жизненно важен для создания роев простых роботов, которые могут выполнять сложные задачи, работая вместе, и существует множество других примеров роботов, вдохновленных муравьями.
«Мы показали, как совместное выполнение задач может возникнуть из простых правил, и аналогичные поведенческие правила могут применяться для решения других сложных задач, таких как строительство, поиск и спасение и оборона», — сказал Ганга Прасат, соавтор исследования.
Исследование было опубликовано в журнале eLife.