Люди, исследуя новое помещение, примерно представляют его планировку. Роботы чаще всего действуют иначе: им нужна готовая карта или данные с камер и датчиков. Но что делать, если робот крошечный, а датчиков и памяти почти нет? Ответ предложила международная команда исследователей из Института интеллектуальных систем и робототехники Университета Сорбонны (ISIR), Токийского университета и других организаций. Их работа опубликована в журнале Science Robotics.

Учёные задались вопросом: может ли группа простых роботов распознать форму пространства, которую ни один из них не видит целиком? Первый автор статьи Лео Казениль сравнил это с притчей о слепых и слоне: каждый ощупывает лишь часть животного и не может угадать его общий облик. Так и робот воспринимает только ближайших соседей, не имея GPS, камеры или достаточных вычислительных ресурсов для построения карты.

Вдохновил исследователей вопрос математика Марка Каца: "Можно ли услышать форму барабана?" Звук зависит от формы мембраны. Учёные предположили, что группа роботов тоже может "слушать" не звуки, а числовую информацию, которой обмениваются её участники. Новый подход назвали спектральной роевой робототехникой. Слово "спектральный" здесь отсылает к математическому анализу: речь идёт о числовом "отпечатке" формы арены.

Каждый робот хранит число, обозначающее виртуальную температуру, и обменивается им с соседями, обновляя значение так, будто внутри группы распространяется тепло. Скорость выравнивания "температур" зависит от сети связей между роботами и отражает геометрию пространства. Наблюдая за изменением своего числа, робот вычисляет числовую подпись геометрии и сравнивает её с известными образцами. Метод требует лишь коротких сообщений и простых расчётов - без камер, центрального компьютера и сведений о собственном положении.

Сначала авторы проверили подход математически и провели симуляции с роями до нескольких сотен роботов в семи формах арен. Затем последовали эксперименты с реальными роями двух типов - Kilobots и Pogobots. В опытах оба типа успешно отличали круглую арену от кольцевой. Kilobots верно определяли форму в 22 случаях из 30. А группа всего из 25 Pogobots справилась с задачей во всех 30 испытаниях. Исследователи также выявили связь между размером роя, дальностью связи и площадью арены, которая помогает подобрать оптимальные условия.

По словам Казениля, работа показывает: сама схема связей между роботами может служить инструментом восприятия и вычислений. Хотя алгоритм нацелен на распознавание формы арены, подход может оказаться достаточно общим для более сложных задач, где требуется локально оценивать глобальные свойства.

Важно оговориться: исследование проверяло именно способность роботов различать форму. Насколько это улучшит навигацию роя, ещё предстоит оценить. В дальнейшем учёные планируют испытания в более разнообразных средах, хотят научить роботов оценивать несколько спектральных значений и продолжать движение, пока сеть связи меняется. Также в планах - задачи за пределами распознавания формы, например определение границ или полостей, и в перспективе - связь коллективного восприятия с действием, чтобы рой мог менять построение в ответ на воспринятое окружение.

Источник: Tech Xplore