Роботы-термиты самостоятельно построили фигурную стену

Роботы Исида, Кали и Наргун учатся строить сложные конструкции, следуя простым заданиям

Роботы Исида, Кали и Наргун учатся строить сложные конструкции, следуя простым заданиям
(фото Eliza Grinnell, SEAS Communications).

Каждый робот оснащён четырьмя колёсиками-ножками и фронтальным погрузчиком, который может поднять кирпич 4 сантиметра высотой и площадью в 21,5 квадратных сантиметра

Каждый робот оснащён четырьмя колёсиками-ножками и фронтальным погрузчиком, который может поднять кирпич 4 сантиметра высотой и площадью в 21,5 квадратных сантиметра
(фото Eliza Grinnell, SEAS Communications).

В своей работе инженеры Джастин Верфель и Кирстин Петерсен вдохновлялись трудолюбием термитов

В своей работе инженеры Джастин Верфель и Кирстин Петерсен вдохновлялись трудолюбием термитов
фото Radhika Nagpal).

Роботы Исида, Кали и Наргун учатся строить сложные конструкции, следуя простым заданиям
Каждый робот оснащён четырьмя колёсиками-ножками и фронтальным погрузчиком, который может поднять кирпич 4 сантиметра высотой и площадью в 21,5 квадратных сантиметра
В своей работе инженеры Джастин Верфель и Кирстин Петерсен вдохновлялись трудолюбием термитов

Термиты — природный образец трудолюбия. Без каких-либо чертежей или указаний сверху эти насекомые способны организовать команду и построить себе жилище из подручных материалов. Инженеры из Гарвардского университета задались вопросом: смогут ли роботы справиться с аналогичной задачей?

Джастин Верфель (Justin Werfel) и его коллеги разработали новый компьютерный алгоритм, который вычисляет, как несколько автономных роботов могут построить конкретную структуру — модель небоскрёба или пирамиды, например, следуя при этом серии простых инструкций.

Исследователи начали с простой задачи: трём роботам поручили строительство одноэтажной стены в форме трезубца. Боты справились с заданием за полчаса и совершенно без вмешательства человека.

Роботы Исида, Кали и Наргун учатся строить сложные конструкции, следуя простым заданиям
(фото Eliza Grinnell, SEAS Communications).

С 1995 года учёные размышляли над тем, как можно осуществить подобное задание. Некоторые специалисты в области поведенческой биологии сегодня уже используют роботов с "искусственным интеллектом", чтобы лучше разобраться в поступках животных, однако применение аналогичных задач в интересах человека — для строительства конструкций — до сих пор не имело успеха в инженерных науках.

Компьютерная программа Верфеля создана по очень простому принципу: она формулирует задания в обратном порядке от завершённой желаемой конструкции до самого начала строительства. Таким образом формируются команды о направлении движения для роботов и методе раскладывания строительных блоков.

Собственно порядок настраивания кирпичей не указан. Роботы, как и их природные "прототипы" термиты, не получают каких-либо специфических указаний. Вместо этого они видят, сколько кирпичей им ещё предстоит положить и настраивают их один на другой в конкретном месте строительства; всё это продолжается до тех пор, пока задача полностью не завершится.

Каждый робот оснащён четырьмя колёсиками-ножками и фронтальным погрузчиком, который может поднять кирпич 4 сантиметра высотой и площадью в 21,5 квадратных сантиметра
(фото Eliza Grinnell, SEAS Communications).

"Фактически боты просто реагируют на предметы, которые попадаются на их пути", — поясняет Верфель в пресс-релизе.

Тестировать завершённую компьютерную программу взялась роботехник и коллега Верфеля Кирстин Петерсен (Kirstin Petersen http://www.eecs.harvard.edu/~kirstin/). Она создала трёх простейших роботов малого размера и назвала их Исида, Кали и Наргун — в честь языческих божеств. Каждый был оснащён четырьмя колёсиками-ножками и фронтальным погрузчиком, который может поднять кирпич 4 сантиметра высотой и площадью в 21,5 квадратных сантиметра.

На борту каждого бота имеются специальные датчики, при помощи которых они опознают белый и чёрный цвета нужных кирпичиков, а также "видят" присутствие товарищей по стройке. Движения "термитов" хоть и не столь пластичны, но всё же вполне эффективны: они умеют двигаться пошагово вперёд, назад, вверх, вниз и поворачивать влево-вправо.

В своей работе инженеры Джастин Верфель и Кирстин Петерсен вдохновлялись трудолюбием термитов
фото Radhika Nagpal).

Компьютерная программа сообщила роботам о необходимости построить трезубец из 10 кирпичей. По три блока были выстроены в ряд, а белая стрелочка на полу указывала направления к строительным материалам. Роботы кружили вокруг кирпичей до тех пор, пока их датчики не засекли белую стрелку. После этого оно взобрались на блоки, захватили их и направились к строительной базе, чтобы начать конструирование трезубца.

Цикл "подойти к стрелке, захватить кирпич и поставить его в нужном месте" каждый из роботов повторил несколько раз. При этом они не знали, когда завершится их задание — просто реагировали на присутствие или отсутствие блоков, которые ещё можно использовать. Такие боты могут строить до бесконечности или, по крайней мере, до тех пор, пока у них не сядет батарейка.

В перспективе технология, отработанная Верфелем и его командой, может иметь массу практических применений. Например, роботы могут строить насыпи для предотвращения потопов, что является довольно опасной задачей даже для профессионалов. Важно понимать, что в отличие от дорогих высокотехнологичных роботов, разработкой которых занимается в данный момент агентство DARPA, роботы-термиты могут быть расходным материалом и потеря нескольких из них не поставит под угрозу ход всей операции.

Как поясняют Петерсен и Верфель в своей статье, опубликованной в журнале Science, ключ к успеху — это не только простота самих ботов, но и простота заданий. Пошагово, уверены инженеры, можно строить самые сложные и изысканные конструкции. И это они намерены доказать в ближайшее время.

 

Также по теме:
Роботы-муравьи проявили элементарный коллективный разум
Армия из сотни килоботов научилась действовать сообща
Летающих нанороботов научили играть музыку
Американцы продемонстрировали манёвры роя из 20 миникоптеров
Роботов из бумаги сделали силачами при помощи воздуха
Тараканы научат роботов быть более устойчивыми