Quantcast
Hier heb je een zwerm van 1000 robots die samenwerken

Het is een belangrijke stap naar robots die bruggen voor ons bouwen en plastic in de oceaan opruimen.

Een team onderzoekers aan Harvard heeft ontdekt hoe je een zwerm van 1024 kleine robotjes samen kan laten werken en zichzelf kan laten organiseren in complexe tweedimensionale vormen, zonder dat iemand dit tussentijds aan hoeft te sturen.

Ze heten Kilobots, en zijn ontworpen om het gedrag te kopiëren van scholen van vissen en groepen vogels die in formatie vliegen. De prestatie van de onderzoekers – het overwinnen van een aantal grote software en hardware barricades, waardoor het aantal robots dat samenwerkte voorheen niet verder kwam dan 100 – is een belangrijke stap in het ontwikkeling van kunstmatige intelligentie. 

Robots assembled into a 'K.' Image: Michael Rubenstein, Harvard University

"We zullen steeds meer grote aantallen robots zien die samen werken, of het nu honderden robots zijn die samen werken om een grote milieuschoonmaak te doen of een snelle hulpactie bij een ramp, of miljoenen zelfrijdende auto's op de snelweg," vertelt Radhika Nagpal ons, één van de onderzoekers die aan het project werkt. "Het begrip van dat soort systemen op zo'n grote schaal is dan doorslaggevend."

Om de 1024 Kilobots een vorm te laten maken – wat overigens 12 uur duurde – beginnen vier robots met het markeren van het raster, vervolgens programmeren de onderzoekers de vorm in de overige robots. Gebruikmakend van wat wetenschappers beschrijven als "primitief gedrag," maken de Kilobots bochtjes waarmee ze in positie komen. De robots houden constant hun afstand ten opzichte van een nulpunt in de gaten, het punt waar ze oorspronkelijk stonden. Als er opstoppingen ontstaan of robots van de route afraken, werken ze samen om het probleem op te lossen.

De Kilobots zelf zijn vrij simple wezentjes. Ze rijden, of glijden een beetje rond met hun vibrerende motors boven op hun drie stijve beentjes. Ze gebruiken infrarood ontvangers en zenders om hun omgeving waar te nemen en te communiceren met de andere robots.

De eenvoud was nodig om de kosten laag te houden.

"Bij het ontwerpen van een grootschalige robotzwerm, moet de mate van autonomie van de robots (rekenvaardigheden, lokalisatie, waarneming en communicatie) in balans zijn met de kosten per robot," schrijft Michael Rubenstein, één van de onderzoekers in Science, waar het onderzoek gepubliceerd werd. "Massaproductie zorgt voor robots met minder en goedkopere componenten, waardoor alles minder kost, maar ook de vaardigheden minder zijn."

Het algoritme, dat de grootste prestatie van dit onderzoek is, bestaat uit drie hoofdcomponenten: het aanhouden van grenzen bij beweging, gradiëntformatie, waardoor de Kilobot begrijpt hoe ver hij van het midden van de groep zit, en lokalisatie, waardoor elke robot begrijpt waar hij zich bevindt in het raster. Door samen te werken en aan de hand van deze drie hoofdcomponenten kunnen de Kilobots zichzelf organiseren.

Zoals te zien op de foto's kunnen de Kilobots nog geen perfecte vormen aannemen. Maar daar gaat het niet om. In het paper legt Rubenstein uit dat hoewel ze niet twee vormen kunnen maken die precies hetzelfde zijn, de mate van nauwkeurigheid wel consistent is.

"Het patroon van de robots kan een behoorlijke variabiliteit bevatten, zoals ook voorkomt in natuurlijke georganiseerde vormen. Deze patronen zijn een manifestatie van de natuurlijke variatie in het gedrag van zulke grote groepen."

Het vormen van 2D vormen in een lab is slechts het begin. Als robots een steeds groter deel van ons leven worden, zal het volgens Nagpal nodig zijn om hun samen te laten werken, bijvoorbeeld bij het bouwen van bruggen en het opruimen van plastic in de oceaan. De hardware en software in de Kilobots zijn een significante stap naar die toekomst.