Max Home IndustryЧтобы беспилотные автомобили стали повседневной реальностью, им необходимо безопасно и безупречно перемещаться друг по другу, не разбиваясь и не создавая ненужных пробок.
Чтобы сделать это возможным, исследователи Северо-Западного университета разработали первый децентрализованный алгоритм с гарантией отсутствия коллизий и тупиков.
Исследователи протестировали алгоритм на моделировании 1024 роботов и на стае из 100 реальных роботов в лаборатории. Роботы надежно, безопасно и эффективно сходились, чтобы сформировать заранее заданную форму менее чем за минуту.
«Если у вас на дороге много автономных транспортных средств, вы не хотите, чтобы они столкнулись друг с другом или застряли в тупике», — сказал Майкл Рубенштейн из Northwestern, руководивший исследованием. «Понимая, как управлять нашими роботами-роями, чтобы они формировали формы, мы можем понять, как управлять парками автономных транспортных средств, когда они взаимодействуют друг с другом».
Статья будет опубликована в конце этого месяца в журнале IEEE Transactions on Robotics . Рубинштейн — профессор компьютерных наук Лизы Висснер-Сливка и Бенджамина Сливки в инженерной школе Маккормика Северо-Западного университета.
Преимущество роя маленьких роботов по сравнению с одним большим роботом или роем с одним ведущим роботом — это отсутствие централизованного управления, которое может быстро стать центральной точкой отказа. Децентрализованный алгоритм Рубинштейна действует как отказоустойчивый.
«Если система централизована и робот перестает работать, то выходит из строя вся система», — сказал Рубинштейн. «В децентрализованной системе нет лидера, говорящего всем другим роботам, что делать. Каждый робот принимает свои собственные решения. Если один робот терпит неудачу в рое, рой все еще может выполнить задачу».
Тем не менее, роботам необходимо координировать действия, чтобы избежать столкновений и тупиков. Для этого алгоритм рассматривает землю под роботами в виде сетки. Используя технологию, аналогичную GPS, каждый робот знает, где он находится в сетке.
Прежде чем принять решение о том, куда двигаться, каждый робот использует датчики для связи со своими соседями, определяя, свободны или заняты соседние места в сетке.
«Роботы отказываются двигаться к месту, пока это место не освободится, и пока они не узнают, что другие роботы не перемещаются в это место», — сказал Рубинштейн. «Они осторожны и заблаговременно резервируют место».
Даже при всей этой тщательной координации роботы по-прежнему могут общаться и быстро двигаться, формируя форму. Рубинштейн добивается этого, делая роботов близорукими.
«Каждый робот может ощущать только трех или четырех ближайших соседей», — пояснил Рубинштейн. «Они не могут видеть весь рой, что упрощает масштабирование системы. Роботы взаимодействуют локально, чтобы принимать решения без глобальной информации».
В рое Рубинштейна, например, 100 роботов могут координировать свои действия, чтобы сформировать форму в течение минуты. В некоторых предыдущих подходах это могло занять целый час. Рубинштейн представляет, что его алгоритм можно использовать в парках беспилотных автомобилей и на автоматизированных складах.
«У крупных компаний есть склады с сотнями роботов, которые выполняют задачи, аналогичные тем, что делают наши роботы в лаборатории», — сказал он. «Им нужно следить за тем, чтобы их роботы не сталкивались, а двигались как можно быстрее, чтобы добраться до места, где они в конечном итоге передают объект человеку».