Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 159 (full)

На TED Кумар рассказал, что для того, чтобы организовать совместную работу большого коллектива летающих роботов, следует руководствоваться тремя принципами. Во-первых, управление должно быть децентрализованным. Введение иерархии непозволительно усложнит и замедлит процесс. Подобно муравьям, роботам следует научиться обходиться без лидера. Во-вторых, роботы должны быть взаимозаменяемы и неотличимы друг от друга (принцип «анонимности»). В-третьих, они должны использовать лишь информацию, доступную локально.

Слаженное групповое поведение, которое на первый взгляд кажется невозможным без строгой организации, в действительности может быть полностью децентрализованным и неуправляемым. Знаменитое приложение Boids, разработанное специалистом по компьютерной графике Крейгом Рейнольдсом в 1986 году, демонстрирует это как нельзя лучше.

Каждый объект в Boids выбирает свой путь на основании трёх простых правил. Первое правило: держать дистанцию между собой и другим объектам. Второе правило: двигаться в том направлении, где находится ближайший объект. Третье правило: стремиться к центру массы группы ближайших объектов.

Результат: объекты на экране Boids самоорганизуются в подвижные группы, движущиеся поразительно похоже на настоящие стаи птиц или косяки рыб. Чуть доработанные алгоритмы Boids часто используют при изготовлении спецэффектов в кино, когда нужно изобразить правдоподобное поведение толпы людей.

Поскольку летающим роботам незачем имитировать стаи птиц, они могут обойтись ещё более простым алгоритмом. Чтобы не сталкиваться в полёте, они должны всего лишь поддерживать стабильную дистанцию между собой и другими роботами. Каждый из них в этом случае может выполнять свою задачу независимо и менять траекторию лишь при возникновении угрозы столкновения — маневренности как раз хватит.

Это, впрочем, теория. В GRASP ведутся исследования в области децентрализованного управления коллективами роботов (как летающих, так и наземных), однако миниатюрные квадролёты с видео используют принципы, перечисленные Виджеем Кумаром, далеко не в полной мере.

Согласно работе Towards A Swarm of Agile Micro Quadrotors, которую опубликовали в прошлом году Алекс Кушелев, Дэниел Меллингер и Виджай Кумар из лаборатории GRASP, коллектив летающих роботов на видео состоит из нескольких групп. Группы не связаны между собой и взаимодействуют децентрализованно, но внутри каждой из них царит жёсткая дисциплина.

В публикации обсуждается два способа организации групп, подходящих для разных ситуаций. Один вариант — полёт строем, когда роботы располагаются в определённом порядке, а затем повторяют все движения лидера. Другой вариант — полёт цепочкой, при котором лидер летит первым, а остальные следуют за ним с определённой задержкой. В обоих случаях необходимо просчитывать лишь траекторию лидера, что значительно упрощает дело.

Так насколько же автономны отдельные роботы, если дело обстоит именно так? Как объяснил Кумар в одном из интервью, централизованно задаётся стратегия, а определение тактики отдано на откуп отдельным роботам:

«Они автономны в том смысле, что способны сами определять, как изменить скорость каждого пропеллера, чтобы попасть туда, куда им нужно, но подчиняются контролю на более высоком уровне, решающему, куда же им нужно. Задача робота в том, чтобы выполнить поставленную перед ним задачу, одновременно не теряя из виду того, чем заняты его соседи».

Судя по всему, рой миниатюрных летающих роботов вряд ли скоро покинет стены лабораторий. Полная зависимость от внешних датчиков и недостаточное время автономной работы ограничивает их полезность. Иными словами, пока это лишь интересный эксперимент — и только. Впрочем, любое изобретение начиналось с интересного эксперимента. Может, что-нибудь получится и на этот раз.

К оглавлению

Опубликовано07 февраля 2013

Долгое время лишь две страны в мире конкурировали за лидерство в космосе. Сейчас число активно развивающихся космических держав увеличилось до девяти (или одиннадцати, если считать вместе с мёртвыми душами и неподтверждёнными запусками). Свои космонавты есть у тридцати семи стран мира, а собственные спутники запустили пятьдесят государств. Впору говорить о новом витке космической гонки, в которой наиболее перспективными участниками выглядят Китай и Индия. В их программах есть целый набор неожиданных достижений и перспективных проектов.