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Humanoider Roboterschwarm synchronisiert mit Quorum Sensing
In den letzten Jahren haben verschiedene Unternehmen und Labore beeindruckende humanoide Roboter entwickelt, die gehen, schlurfen und sogar laufen. Einige tanzen sogar in Gruppen von bis zu 20 Personen und führen anspruchsvolle choreografierte Routinen vor.
Diese Art der Synchronisation ist keine leichte Aufgabe. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, einen Roboter als Anführer zu haben, der Details seiner Bewegung und Position über ein Netzwerk sendet, dem alle anderen Roboter folgen.
Das Problem ist, dass die Netzwerkdynamik nicht so vorhersehbar ist, wie es Choreografen wünschen. Kleine Verzögerungen von etwa einer halben Sekunde sind üblich, während einige Nachrichten um mehrere Sekunden verzögert werden können. Das ist eindeutig nicht gut genug für eine Tanzroutine oder jede andere Art von synchronisiertem Verhalten.
Daher ist der von Robotikern bevorzugte Ansatz, jeden Roboter mit der Tanzroutine zu programmieren, seine inneren Uhren zu Beginn der Performance zu synchronisieren und sie dann ihr zu überlassen.
Der Vorteil besteht darin, dass, wenn die Leistung einigermaßen kurz ist, die Wahrscheinlichkeit einer Desynchronisation der Takte gering gehalten werden kann. Der Nachteil ist, dass es bei einer Desynchronisation der Roboter – zum Beispiel beim Umfallen – keine Möglichkeit gibt, die Synchronisation wiederzugewinnen.
Daher haben Robotiker nach einer besseren Form der Synchronisation gesucht, die robuster gegenüber den verschiedenen Prüfungen und Wirrungen ist, die Robotertänzerinnen widerfahren. Heute enthüllen Patrick Bechon und Jean-Jacques Slotine vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge einen neuen Ansatz, der auf dem biologischen Phänomen des Quorum Sensing basiert.
Biologen rätseln seit langem über die Fähigkeit von Bakterien und sozialen Insekten, nicht nur die Anwesenheit von Landsleuten, sondern auch deren Zahl zu erkennen und ihr Verhalten zu synchronisieren.
Es stellt sich heraus, dass diese Kreaturen diese Synchronisierung mithilfe eines Prozesses durchführen, der als Quorum Sensing bezeichnet wird. Dies funktioniert, indem ständig Signalmoleküle in die Umgebung abgegeben und gleichzeitig die lokale Konzentration dieser Moleküle gemessen wird.
Diese Konzentration nimmt zu, wenn mehr Kreaturen der lokalen Bevölkerung beitreten, und ist somit ein wirksames Maß für die Bevölkerungsdichte. Wenn die Konzentration über einen bestimmten Schwellenwert ansteigt, löst dies ein anderes Verhalten wie Zellteilung, Krankheitserregerproduktion und Nestbau aus.
Nun sagen Bechon und Slotine, dass ein ähnlicher Ansatz eine robuste Möglichkeit bietet, humanoide Roboter zu synchronisieren. Der ideale Ansatz für die Synchronisierung besteht darin, dass jeder Roboter Zugriff auf die Position jedes anderen Roboters hat. Stattdessen bietet der Quorum-Sensing-Ansatz jedem Roboter Zugriff auf eine globale Variable wie die durchschnittliche Position oder die durchschnittliche Uhrzeit. Jeder Roboter kann diese Variable auch ändern, da sie zum Durchschnitt beiträgt.
Die Idee ist, dass, wenn jeder Roboter versucht, sich mit diesem globalen Durchschnitt zu synchronisieren, der Schwarm als Ganzes im Takt bleiben sollte.
Diese Jungs testen ihren Ansatz mit einer Gruppe von acht NAO-Robotern des französischen Roboterunternehmens Aldebaran. Jeder hat eine interne Uhr, die versucht, sich mit einer globalen Durchschnittszeit zu synchronisieren, die von einem zentralen Server verwaltet wird.
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass der Server nicht als Master mit den Robotern als Slaves fungiert, die einfach seinem Signal folgen. Geht die Verbindung zur Zentrale verloren, fahren die Roboter einfach routiniert weiter, aber ohne zentrale Synchronität.
Stattdessen ist der zentrale Server eher eine Art Umgebung, die die Roboter wahrnehmen und mit der sie interagieren können.
Diese Anordnung hat den entscheidenden Vorteil, dass wenn ein Roboter umfällt, dieser einfach wieder aufstehen und wieder mitmachen kann, wenn er seine Bewegungen mit der Gruppe resynchronisiert hat ( siehe Video ).
Diese Arbeit ist Teil einer breiteren Entwicklung in der Robotik. Das Aufkommen relativ billiger humanoider Roboter von Aldebaran und anderen Firmen macht die groß angelegte Synchronisation humanoider Schwärme möglich.
Das ist interessant, denn während die Synchronität es einer großen Anzahl von Robotern ermöglicht, gleichzeitig dasselbe zu tun – wie z.
Mit anderen Worten, Synchronität ist eine Technologie, die die Zusammenarbeit im großen Maßstab ermöglicht. Und das öffnet den Weg zu völlig neuen Aufgaben, die Roboter erledigen könnten – denken Sie an Fertigung und Konstruktion. Vielleicht sogar Nestbau.
Ref: arxiv.org/abs/1205.2952 : Synchronisation und Quorum Sensing in einem Schwarm humanoider Roboter