Robótica de enxame - Swarm robotics

Enxame de micro-robôs Jasmine de código aberto se recarregando
Uma equipe de robôs iRobot Create no Georgia Institute of Technology

A robótica de enxame é uma abordagem para a coordenação de vários robôs como um sistema que consiste em um grande número de robôs físicos, em sua maioria simples . Supõe-se que um comportamento coletivo desejado emerge das interações entre os robôs e das interações dos robôs com o ambiente. Esta abordagem surgiu no campo da inteligência artificial do enxame , bem como nos estudos biológicos de insetos, formigas e outros campos da natureza, onde ocorre o comportamento do enxame .

Definição

A pesquisa da robótica de enxame é estudar o design de robôs, seu corpo físico e seus comportamentos de controle . É inspirado, mas não limitado pelo comportamento emergente observado em insetos sociais , chamado de inteligência de enxame . Regras individuais relativamente simples podem produzir um grande conjunto de comportamentos complexos de enxame . Um componente chave é a comunicação entre os membros do grupo que constroem um sistema de feedback constante. O comportamento do enxame envolve a mudança constante de indivíduos em cooperação com outros, bem como o comportamento de todo o grupo.

Ao contrário dos sistemas robóticos distribuídos em geral, a robótica de enxame enfatiza um grande número de robôs e promove a escalabilidade , por exemplo, usando apenas comunicação local. Essa comunicação local, por exemplo, pode ser alcançada por sistemas de transmissão sem fio, como radiofrequência ou infravermelho .

Objetivos e aplicações

A miniaturização e o custo são fatores-chave na robótica de enxame. Essas são as restrições na construção de grandes grupos de robôs; portanto, a simplicidade de cada membro da equipe deve ser enfatizada. Isso deve motivar uma abordagem inteligente de enxame para alcançar um comportamento significativo no nível de enxame, em vez de no nível individual.
Muitas pesquisas foram direcionadas a esse objetivo de simplicidade no nível do robô individual. Ser capaz de usar hardware real na pesquisa de Swarm Robotics em vez de simulações permite que os pesquisadores encontrem e resolvam muitos mais problemas e ampliem o escopo da Swarm Research. Portanto, o desenvolvimento de robôs simples para a pesquisa de inteligência do Swarm é um aspecto muito importante do campo. Os objetivos incluem manter baixo o custo de robôs individuais para permitir a escalabilidade , tornando cada membro do enxame menos exigente de recursos e mais eficiente em termos de potência / energia.

Comparado com robôs individuais, um enxame pode comumente decompor suas missões em suas subtarefas; um enxame é mais robusto para falha parcial do enxame e é mais flexível em relação a diferentes missões.

Um desses sistemas de enxame é o LIBOT Robotic System, que envolve um robô de baixo custo construído para robótica de enxame ao ar livre. Os robôs também são feitos com provisões para uso interno via Wi-Fi, uma vez que os sensores GPS fornecem comunicação precária dentro dos edifícios. Outra tentativa desse tipo é o micro-robô (Colias), construído no Computer Intelligence Lab da University of Lincoln , no Reino Unido. Este micro-robô é construído em um chassi circular de 4 cm e é uma plataforma aberta e de baixo custo para uso em uma variedade de aplicações da Swarm Robotics.

Formulários

As aplicações potenciais para a robótica de enxame são muitas. Eles incluem tarefas que exigem miniaturização ( nanorobóticas , microbóticas ), como tarefas de sensoriamento distribuído em micromaquinas ou no corpo humano . Um dos usos mais promissores da robótica de enxame é em missões de busca e resgate. Enxames de robôs de diferentes tamanhos podem ser enviados a lugares que os resgatadores não podem alcançar com segurança, para explorar o ambiente desconhecido e resolver labirintos complexos por meio de sensores a bordo. Por outro lado, a robótica de enxame pode ser adequada para tarefas que exigem projetos baratos, por exemplo, tarefas de mineração ou pastoreamento agrícola.

Mais controversamente, enxames de robôs militares podem formar um exército autônomo. As forças navais dos EUA testaram um enxame de barcos autônomos que podem dirigir e realizar ações ofensivas por conta própria. Os barcos não são tripulados e podem ser equipados com qualquer tipo de kit para deter e destruir embarcações inimigas.

Durante a Guerra Civil Síria , as forças russas na região relataram ataques em sua principal base da força aérea no país por enxames de drones de asa fixa carregados com explosivos.

A maioria dos esforços se concentrou em grupos relativamente pequenos de máquinas. No entanto, um enxame consistindo de 1.024 robôs individuais foi demonstrado por Harvard em 2014, o maior até agora.

Outro grande conjunto de aplicações pode ser resolvido com enxames de micro-veículos aéreos , que também são amplamente investigados atualmente. Em comparação com os estudos pioneiros de enxames de robôs voadores usando sistemas precisos de captura de movimento em condições de laboratório, sistemas atuais como o Shooting Star podem controlar equipes de centenas de micro veículos aéreos em ambiente externo usando sistemas GNSS (como GPS) ou até mesmo estabilizá-los usando sistemas de localização a bordo onde o GPS não está disponível. Enxames de micro veículos aéreos já foram testados em tarefas de vigilância autônoma, rastreamento de pluma e reconhecimento em uma falange compacta. Numerosos trabalhos em enxames cooperativos de veículos terrestres e aéreos não tripulados foram conduzidos com aplicações de monitoramento de ambiente cooperativo, localização e mapeamento simultâneos , proteção de comboio e localização e rastreamento de alvos móveis.

Além disso, houve progresso na aplicação de enxames autônomos no campo da manufatura, conhecidos como impressão 3D de enxame . Isso é particularmente útil para a produção de grandes estruturas e componentes, onde a impressão 3D tradicional não pode ser utilizada devido às restrições de tamanho do hardware. A miniaturização e a mobilização em massa permitem que o sistema de manufatura atinja invariância de escala , não limitada no volume de construção efetivo. Ainda em seu estágio inicial de desenvolvimento, a impressão 3D por enxame está sendo comercializada por empresas iniciantes. Usando o processo de manufatura aditiva de metal de impressão por indução rápida, a Rosotics foi a primeira empresa a demonstrar a impressão 3D por enxame usando uma carga metálica, e a única a obter a impressão 3D metálica a partir de uma plataforma aérea.

Drone Swarming

Enxames de drones são usados ​​na busca de alvos, exibições de drones e entrega. Uma exibição de drone normalmente usa vários drones iluminados à noite para uma exibição artística ou publicidade. Um enxame de drones na entrega pode transportar vários pacotes para um único destino ao mesmo tempo e superar as limitações de carga e bateria do drone único. Um enxame de drones pode realizar diferentes formações de voo para reduzir o consumo geral de energia devido às forças de arrasto.

Veja também

Referências

links externos