Роботы научились ориентироваться по химическим сигналам насекомых

Роботы следуют за лидером по белому следу, который появляется на экране и имитирует феромоновые метки муравьёв

(фото University of Lincoln).

Природа регулярно дарит робототехникам решения, которые они могут использовать в своей работе. Создаваемые ими машины нередко копируют форму, движения и поведение самых разных животных. В частности для управления системами из нескольких роботов учёные стремятся использовать принципы взаимодействия общественных насекомых и вносят большой вклад в изучение муравьёв, пчёл и термитов.

Помимо фундаментального значения эти работы уже подарили миру многочисленные сверхточные датчики, предотвращающие столкновения автомобилей, и современные компактные системы наблюдения.

Но до сих пор исследователям не удавалось воспроизвести так называемый муравьиный алгоритм, основанный на маркировке маршрутов с помощью феромонов. Муравьи и термиты оставляют за собой след из особых летучих химических веществ, по которым их сородичи определяют путь от муравейника к пище. Со временем феромоны испаряются, поэтому невостребованные тропы исчезают, и остаются лишь самые удобные пути, по которым перемещается больше насекомых.

В предыдущих работах феромоны пытались заменить разными средствами — каплями алкоголя, звуковыми и даже световыми сигналами, но ни один из этих подходов не показал достаточную эффективность.

В новом исследовании специалисты из Университета Линкольна предложили новую надёжную систему химического взаимодействия внутри группы роботов, использующую простые доступные компоненты.

С помощью горизонтально расположенного ЖК-дисплея и установленной над ним видеокамеры команда под руководством Фаршада Арвина (Farshad Arvin) собрала площадку, на которой феромоны моделировались в виде изображения белых полос на экране, которые оставались позади двигающихся микророботов.

"Механические жуки" распознавали следы с помощью двух датчиков света, имитирующих антенны муравьёв. Для управления механической стаей исследователи использовали компьютерную платформу Colias, которую они разработали совместно с китайскими коллегами из Университета Цинхуа (Tsinghua University) специально для моделирования коллективных взаимодействий.

"Природа всегда была одним из лучших источников вдохновения для решения различных задач в самых разных областях, и именно поэтому групповая робототехника заимствует идеи из методов координации социальных насекомых, – сообщает Арвин в пресс-релизе. – Использование феромонов является одним из наиболее эффективных средств коммуникации, но такой метод очень трудно применить для сообщества роботов".

Система, получившая название COS-phi, позволяет регулировать время "испарения" следов, определяя, как долго дорожки остаются видимыми, а также имитирует разные химические маркеры, изменяя цвета. В результате хаотично двигающиеся роботы постепенно организуются и выстраиваются за лидером.

Подробнее о проведённой работе рассказывает этот PDF-документ.