211service.com
Humanoïde robotzwerm gesynchroniseerd met behulp van Quorum Sensing
De afgelopen jaren hebben verschillende bedrijven en laboratoria indrukwekkende humanoïde robots ontwikkeld die lopen, schuifelen en zelfs rennen. Sommigen dansen zelfs in groepen van maximaal 20, waarbij ze verfijnde gechoreografeerde routines uitvoeren.
Dit soort synchronisatie is geen gemakkelijke taak. Een manier om dit te doen is door één robot als leider te hebben en details van zijn beweging en positie uit te zenden via een netwerk dat de andere robots allemaal volgen.
Het probleem is dat de netwerkdynamiek niet zo voorspelbaar is als choreografen zouden willen. Kleine vertragingen van ongeveer een halve seconde komen vaak voor, terwijl sommige berichten enkele seconden kunnen worden vertraagd. Dat is duidelijk niet goed genoeg voor een dansroutine of ander soort gesynchroniseerd gedrag.
Dus de voorkeur van robotici is om elke robot te programmeren met de dansroutine, hun interne klokken aan het begin van de voorstelling te synchroniseren en ze er vervolgens mee over te laten.
Het voordeel is dat als de prestatie redelijk kort is, de kans dat de klokken desynchroniseren klein kan worden gemaakt. Het nadeel is dat als de robots gedesynchroniseerd raken, bijvoorbeeld als er een omvalt, er geen manier is om de synchronisatie terug te krijgen.
Dus hebben robotici gezocht naar een betere vorm van synchronisatie die robuuster is voor de verschillende beproevingen die robotdansers overkomen. Vandaag onthullen Patrick Bechon en Jean-Jacques Slotine van het Massachusetts Institute of Technology in Cambridge een nieuwe benadering op basis van het biologische fenomeen quorum sensing.
Biologen hebben lang getwijfeld over het vermogen van bacteriën en sociale insecten om niet alleen de aanwezigheid van landgenoten waar te nemen, maar ook hun aantal en om hun gedrag te synchroniseren.
Het blijkt dat deze wezens deze synchronisatie uitvoeren met behulp van een proces dat quorum sensing wordt genoemd. Dit werkt door constant signaalmoleculen aan de omgeving af te geven en tegelijkertijd de lokale concentratie van deze moleculen te meten.
Deze concentratie stijgt naarmate meer wezens zich bij de lokale bevolking voegen en is dus een effectieve maatstaf voor de bevolkingsdichtheid. Wanneer de concentratie boven een bepaald drempelniveau stijgt, leidt dit tot ander gedrag, zoals celdeling, de productie van pathogenen en nestbouw.
Nu zeggen Bechon en Slotine dat een vergelijkbare aanpak een robuuste manier biedt om humanoïde robots te synchroniseren. De ideale benadering van synchronisatie is dat elke robot toegang heeft tot de positie van elke andere robot. In plaats daarvan geeft de quorumdetectiebenadering elke robot toegang tot een globale variabele zoals de gemiddelde positie of gemiddelde kloktijd. Elke robot kan deze variabele ook wijzigen omdat deze bijdraagt aan het gemiddelde.
Het idee is dat als elke robot probeert te synchroniseren met dit wereldwijde gemiddelde, de zwerm als geheel de tijd moet houden.
Deze jongens testen hun aanpak met een groep van acht NAO-robots die zijn gebouwd door het Franse roboticabedrijf Aldebaran. Elk heeft een interne klok die probeert te synchroniseren met een wereldwijde gemiddelde tijd die wordt bijgehouden door een centrale server.
Het is belangrijk om erop te wijzen dat de server niet optreedt als een master met de robots als slaves die gewoon zijn signaal volgen. Als de verbinding met de centrale wegvalt, gaan de robots gewoon door met routine, maar zonder centrale synchronisatie.
In plaats daarvan is de centrale server meer een soort omgeving die de robots kunnen waarnemen en waarmee ze kunnen communiceren.
Deze opstelling heeft het grote voordeel dat als een robot omvalt hij gewoon weer kan opstaan en weer kan meedoen als hij zijn bewegingen opnieuw heeft gesynchroniseerd met de groep ( zie video ).
Dit werk maakt deel uit van een bredere ontwikkeling in robotica. Door de komst van relatief goedkope humanoïde robots van onder meer Aldebaran is grootschalige synchronisatie van humanoïde zwermen mogelijk.
Dat is interessant, want hoewel synchronisatie grote aantallen robots in staat stelt om hetzelfde te doen op hetzelfde moment, zoals dansen of marcheren, staat het ook een groot aantal robots toe om verschillende, maar gerelateerde taken tegelijkertijd uit te voeren.
Met andere woorden, synchronisatie is een technologie die samenwerking op grote schaal mogelijk maakt. En dat opent de weg naar een geheel nieuwe reeks taken die robots zouden kunnen doen, denk aan fabricage en constructie. Misschien zelfs nestbouw.
Referentie: arxiv.org/abs/1205.2952 : Synchronisatie en quorumdetectie in een zwerm humanoïde robots