Ученые из Гарвардского университета и Индийского технологического института Мадраса разработали дроны, имитирующие муравьев, получившие название RAnts (роботизированные муравьи). Целью проекта было изучение адаптивного группового поведения, возникающего при взаимодействии роя простых сущностей между собой и с окружающей средой. Успех эксперимента по самоорганизующейся координации и демонстрации «экстероцептивного интеллекта» открывает новые перспективы в понимании поведения животных, автономного строительства в опасных условиях, а также исследования и создания объектов на внеземных телах, таких как планеты, астероиды и кометы.
Эксперименты с RAnts: Самоорганизация
В статье, недавно опубликованной в журнале PRX Life, Фабио Джардина и Л. Махадеван из Гарварда, а также С. Ганга Прасат из Индийского технологического института Мадраса описали, как их роботы RAnts координировали демонтаж или строительство простых конструкций без централизованного управления. Это отличается от предыдущих исследований Гарварда, где роботы, имитирующие муравьев, лишь совершали побег из заданного пространства.
Координация RAnts достигалась за счет регулирования исследователями всего двух параметров: силы сотрудничества и скорости установки или удаления строительных блоков при достижении пороговых значений сигнала. Роботы концентрировались вокруг меток, оставленных на полу экспериментальной площадки. Чем больше RAnts собиралось в одном месте, тем активнее происходило строительство или демонтаж.
Когда такие существа, как муравьи, термиты, пчелы и осы, коллективно строят сложные, регулируемые по климату структуры для размножения, обитания и хранения пищи, они демонстрируют то, что авторы исследования называют «децентрализованными пространственно-временными сигналами в динамической среде». Эти сигналы изменяют поведение насекомых и сами изменяются под его воздействием. Примечательно, что небиологические сущности, такие как RAnts, действующие как роботизированный коллектив, спонтанно проявляют аналогичное поведение при сборке или разборке конструкций.
Концепция «Экстероцептивного интеллекта»
Что же означает «экстероцептивный интеллект»? По словам Махадевана, это «коллективное познание», возникающее не просто из группы сущностей, а из «их постоянного взаимодействия с изменяющейся средой». Он отмечает, что исследование его команды «демонстрирует, как простые локальные правила могут привести к появлению сложного самоорганизующегося, устойчивого и адаптивного выполнения задач». Другим термином для такой самоорганизации является стигмергия – процесс, при котором работающие элементы оставляют в окружающей среде метки, влияющие на действия других участников группы.
Биомиметика и будущее автономного строительства
Биомиметика — важное направление в робототехнике. Ранее сообщалось о роботах-насекомых, имитирующих водомерок или летающих на большие расстояния благодаря специальным крыльям, а также о роботах-пчелах с ногами, подобными ножкам комаров-долгоножек, и о массовом производстве кибернетических тараканов.
Как и настоящие муравьи, роботы RAnts слишком малы, чтобы обладать когнитивными способностями и памятью человеческого уровня. Для достижения сложных целей им необходимо «вынести» обработку данных во внешнюю среду. В то время как некоторые насекомые используют феромоны в качестве биохимических маркеров (стигмергических следов), RAnts имитируют этот механизм с помощью фоторомонов – световых сигналов, которые направляют действия коллектива.
Если человечество когда-либо будет жить в поселениях на Луне, Марсе или других космических объектах, автономное строительство до прибытия людей станет незаменимым способом снижения огромных затрат и опасностей. Возведение сооружений в условиях радиации, отсутствия пригодной для дыхания (или любой) атмосферы и экстремальных температур представляет серьезную угрозу для человека. Хотя некоторые из этих автоматов могут быть мобильными 3D-принтерами размером с роверы или такими же крупными, как роботы GITAI, строящие 5-метровые коммуникационные башни, другие могут быть размером с пылесосы, мышей или, возможно, однажды, такими же миниатюрными, как скромные RAnts. Источник: Инженерная школа имени Джона А. Полсона Гарвардского университета.
