Robots simples, algoritmos inteligentes

Cualquiera que tenga hijos sabe que puede ser difícil controlar a un niño, pero que puede ser casi imposible controlar a muchos a la vez. Hacer que enjambres de robots trabajen juntos puede ser igualmente difícil, a menos que los científicos planifiquen cuidadosamente sus interacciones, por ejemplo, formando planos, utilizando componentes y algoritmos cada vez más sofisticados. Pero, ¿qué se puede lograr de manera confiable cuando los robots en cuestión son simples, inconsistentes y carecen de una programación sofisticada para garantizar un comportamiento coordinado?

Un equipo de investigadores dirigido por Dana Randall, profesora de ciencias de la computación de ADVANCE, y Daniel Goldman, profesor de física de Dunn Family en el Instituto de Tecnología de Georgia, han intentado demostrar que incluso los robots más simples pueden realizar tareas que superan sus capacidades, o incluso una pocos de ellos. El objetivo de realizar estas tareas utilizando lo que el equipo llamó “robots estúpidos” (esencialmente partículas granulares móviles) superó sus expectativas, y los científicos dijeron que pueden eliminar todos los sensores, la comunicación, la memoria y la informática y, en cambio, completar un conjunto de tareas. mediante el uso de robots Características físicasuna característica que el equipo describe como “pedido encarnación.”

Los BOBbots del equipo, o “robots que se comportan, organizan y zumban”, llamados así por el pionero de la física granular Bob Behringer, son “tan tontos como pueden ser”, explica Randall. “Su carcasa cilíndrica tiene cepillos vibratorios debajo e imanes sueltos en la periferia, lo que significa que pasan más tiempo en lugares con más vecinos”. La plataforma experimental se complementó con simulaciones por computadora precisas realizadas por el estudiante de física de Georgia Tech, Shengkai Li, como una forma de estudiar aspectos del sistema inconvenientes para estudiar en el laboratorio.

A pesar de la simplicidad de los BOBbots, los investigadores encontraron que cuando los robots se mueven y chocan entre sí, “se forman agregados compactos que pueden eliminar colectivamente los desechos que son demasiado pesados ​​para moverlos individualmente”, dice Goldman. “Si bien la mayoría de la gente está construyendo robots cada vez más complejos y costosos para garantizar la coordinación, queríamos ver qué tareas complejas se pueden realizar con robots muy simples”.

Su trabajo, informado por el diario el 23 de abril de 2021. Progreso cientifico, se inspiró en el modelo teórico de partículas que se mueven sobre un tablero de ajedrez. La abstracción teórica conocida como sistema de partículas autoorganizadas se desarrolló para investigar a fondo el modelo matemático de los robots BOB. Usando ideas con teoría de probabilidad, física estadística y algoritmos estocásticos, los científicos pudieron demostrar que el modelo teórico pasa un cambio de fase a medida que aumentan las interacciones magnéticas, pasando rápidamente de difuso a concentrado en grupos grandes y densos, similar a los cambios de fase que observamos en los sistemas cotidianos ordinarios como el agua y el hielo.

“Un análisis riguroso no solo nos mostró cómo construir BOBbots, sino que también reveló la robustez inherente de nuestro algoritmo que permitió que algunos robots tuvieran fallas o fueran impredecibles”, señala Randall, quien también es profesor de ciencias de la computación y profesor asistente de matemáticas en Georgia Tech. .