Když 1000 robotů spolupracuje v roji

5. prosinec 2014

Když se řekne robot, většinou si představíme nějaký chytrý a spíše složitý stroj, který se v něčem chová podobně jako člověk. Někdy je ale robotická cesta ke zvolenému cíli zcela jiná.

Občas je totiž jednodušší vytvořit autonomní roj mnoha malých, levných a jednoduchých strojů, které teprve pomocí vzájemné souhry dosahují kýženého výsledku. Tyto autonomní roje malých robotů se vlastně chovají podobně jako hmyz, který často projevuje tzv. kolektivní inteligenci. Vzorem zde mohou být například kolonie mravenců nebo termitů, ale také rybí nebo ptačí hejna.
Experimenty s velmi početnými roji malých jednoduchých robotů nyní probíhají na půdě řady univerzit a firem. Například na Harvardské univerzitě v laboratoři kolem profesorky Radhiky Nagpal nyní testují roj více než tisíce válcovitých Kilobotů, které mají pouze tří centimetry v průměru. Cena součástek jednoho robota stojí 20 dolarů. Tento roj se učí pomocí vzájemné komunikace a koordinace pohybovat a také samostatně vykonávat zadané úkoly. V roce 2011 zde uměli takto programovat pouhých 25 Kilobotů. V roce 2013 již zvládali řídit roj 100 těchto malých hmyzu podobných robotků a letos už velikost ovládaného roje dosáhla čísla 1024. Jde patrně o zatím největší robotický roj v historii.

Početně se mu vyrovná snad pouze stejně velký roj magneticky řízených mikrorobotů, se kterým experimentuje firma SRI International. Také další výzkumné týmy se ubírají podobným směrem, včetně směrů k již konkrétním aplikacím. Na Coloradské univerzitě v Boulderu nyní vzniká analogie roje Kilobotů, která nese název Droplets (kapičky). V Mikrorobotické laboratoři univerzity v Marylandu zase pracují na roji asi 100 malých robotů, které by mohly automaticky kontrolovat stav mostů.

Kiloboti zvládli jako buňky napodobit tvar mořské hvězdice nebo řemeslnického klíče

Jedním z prvních úkolů, které Kiloboti dostali, bylo zaujmout přesně definovaný geometrický tvar. Kiloboti také zvládli jako buňky napodobit tvar mořské hvězdice, písmena K nebo řemeslnického klíče. V roji přitom mezi roboty neexistuje žádná centrální autorita, nejsou ani dovoleny vnější zásahy, které by jednotlivým robotům přímo říkaly, co mají dělat. Existují pouze počáteční orientační body (operátor například umístí 4 roboty tam, kde se má daný obrazec vytvořit) a kýžený cílový stav, kterého má být dosaženo. Roboty pak komunikují se svými “sousedy” a preferují takové pohyby, které směřují k cíli.

Kiloboti mají k dispozici bezdrátové infračervené spojení, dva vibrační motorky, sloužící k pohybu pomocí tří poměrně tuhých nožiček, schopnost vzájemné prostorové orientace a na palubě mikroprocesor, který slouží k běhu koordinačního či konfiguračního algoritmu. Tento algoritmus spočívá ve spojení několika jednoduchých principů chování, jako jsou nalezení hranice a gradientu roje nebo udržování distribuovaného systému souřadnic pomocí vzájemné triangulace. Součástí algoritmu je i procedura, která umožňuje opravu případných chyb. Není proto divu, že je celý proces nalézání nového tvaru pomalý - trvá řádově několik hodin. Nejdříve se přemisťují roboty na kraji roje a posléze i ostatní. Pro dané algoritmy přitom není nutné, aby byly všechny roboty nutně ve všem stejné, zahrnují i možnost, že se jejich schopnosti budou v něčem lišit.

Roboti Termes, podobně jako termiti, zvládají některé kolektivní stavitelské úkoly

Skupina výzkumníků kolem Radhiky Nagpal také zkoušela zadávat menší skupině jiných robotů, nazvaných TERMES (podle termitů), některé kolektivní stavitelské úkoly. To už je poněkud složitější operace a proto zde počet členů roje dosáhl zatím “jen” několika jednotek. Oblast tzv. distribuované robotiky však bude mít v budoucnu velkou důležitost, ať už půjde o úlohy monitorovací, mapovací, stavitelské, opravárenské, čistící nebo o problém dopravy, spojený například s velkým počtem automaticky řízených vozidel na silnicích. Lze si také představit roje robotů, které za účelem velkoplošného průzkumu lidstvo pošle třeba na Mars.

Zdroje: The Guardian, IO9, ScienceNews, BBC, Science Magazine 1, Science Magazine 2, National Geographic, Phys.Org 1, Phys.Org 2, Kurzweil AI, IEEE Spectrum 1, IEEE Spectrum 2, CNN, Newsweek, IFL Science, Ars Technica, Wired 1, Wired 2, Radhika Nagpal, Popular Science, DVICE, TERMES project, Nature

autor: Pavel Vachtl
Spustit audio

Více z pořadu

E-shop Českého rozhlasu

Víte, kde spočívá náš společný ukrytý poklad? Blíž, než si myslíte!

Jan Rosák, moderátor

slovo_nad_zlato.jpg

Slovo nad zlato

Koupit

Víte, jaký vztah mají politici a policisté? Kde se vzalo slovo Vánoce? Za jaké slovo vděčí Turci husitům? Že se mladým paním původně zapalovalo něco úplně jiného než lýtka? Že segedínský guláš nemá se Segedínem nic společného a že známe na den přesně vznik slova dálnice? Takových objevů je plná knížka Slovo nad zlato. Tvoří ji výběr z rozhovorů moderátora Jana Rosáka s dřívějším ředitelem Ústavu pro jazyk český docentem Karlem Olivou, které vysílal Český rozhlas Dvojka.