Möt Kilobot. Medsols från det övre vänstra hörnet, du tittar på toppen, botten, sidovy och framifrån, respektive. Du kan också se de olika delarna av en Kilobot:A) vibrationsmotorer, B) litiumjonbatteri, C) stödben, D) infraröd sändare/mottagare och E) LED. Se fler robotbilder. Bild med tillstånd av Michael Rubenstein, Nicholas Hoff och Radhika Nagpal Efter att ha varit en extremt rolig bakgårdskokning med vänner, du startar den mindre roliga saneringsprocessen. Trots din beslutsamhet, du kommer förmodligen att lämna några smulor bakom - och resterna av din bakgårdskokning kommer sannolikt att dra ett av naturens finaste lag.
Det börjar med en svärm av hungriga myror som går framåt mot högen med krossade potatischips på cementen. Bit för bit, myrorna samlar smulorna för att bära tillbaka till boet. De små insekterna arbetar tillsammans, hjälper till att lyfta bitar flera gånger deras storlek. Agera gemensamt, de uppnår vad en individ inte kan göra på egen hand.
Tänk om vi kunde designa robotar som dessa myror, kunna arbeta både självständigt och som en större helhet? För det mesta, att skapa små arméer av robotar har varit dyrt och tidskrävande, ledande forskare att hålla fast vid datasimuleringar över den riktiga saken.
Stiga på Kilobots . Forskare vid Harvard University skapade de små robotarna i hopp om att skapa ett enkelt och billigt sätt att testa algoritmer - eller programmerade steg för att lösa problem- över en grupp med många robotar. Från och med mars 2012, gruppen hade skapat små svärmar av Kilobots, med ett större mål att bygga en "kilobit" Kilobots:ett kollektiv på 1, 024 individer (och där projektet får sitt namn) [källa:Rubenstein].
Dessa enkla maskiner kan hjälpa till att testa och utveckla komplexa beteenden i andra typer av robotar. Kilobot-anhängare säger att systemet kan finjustera robotar som hittar och räddar människor från kollapsade byggnader eller eventuellt hjälper till att städa upp klibbiga oljekulor från förorenade miljöer.
Tänk på Kilobots som en testflotta:De kommer inte nödvändigtvis att ha de egenskaper - som hjul - som andra maskiner kommer att ha. Snarare, de är lekplatsen där forskare kan experimentera och reda ut eventuella problem med sin programmering innan de sänker sina forskningsdollar till större, mer komplexa robotar.
Innehåll
Att beordra en robot till handling kan vara en gnutta, men att få en hel grupp att arbeta med samma precision är inte lika enkelt - eller billigt.
En av Kilobots största dragningar är deras enkla design och låga pris. Michael Rubenstein, som hjälpte till att utveckla robotarna med andra forskare vid Harvard University, säger att hålla kostnader och monteringstid nere var en prioritet.
Varje komponent har en grundläggande användning, oavsett om det rör sig eller signalerar till sina mekaniska kompisar i närheten. Kilobots är unika genom att de stannar i "viloläge" tills de kallas av overheadkontrollen. En person kan slå på en hel svärm av Kilobots genom att skicka ut en signal - i motsats till att manuellt slå på varje robot.
Om en 1,3 tum (33 millimeter) Kilobot är vad ditt hjärta önskar, här är en grundläggande lista över vad du behöver för att väcka en till liv [källor:Rubenstein et al., K-Team Corp.]:
Klar med den DIY? Låt oss dyka in i vad Kilobots faktiskt kan göra.
Bits and BotsDelarna för varje Kilobot kostar mindre än $ 15 - cirka 10 gånger billigare än de billigaste kollektiva robotarna från 2012 [källa:Rubenstein et al.]. En robot tar cirka fem minuter att montera. Och för programmering och robotik experter där ute, ritningen för dessa grundläggande robotar är öppen källkod, vilket betyder att stegen är tillgängliga för alla att använda. Ett företag som heter K-Team Corporation säljer också monterade Kilobots.
Kiloboten till vänster överför en signal genom att studsa den från bordet till Kilobot till höger, som tar emot den. Bild med tillstånd av Michael Rubenstein, Nicholas Hoff och Radhika Nagpal Vi sa det förut. Vi säger det igen:Kilobots är utformade för att vara de ultimata algoritmtestarna.
Låt oss säga att räddningspersonal vill ta med robotar till platsen för ett sök-och-räddningsuppdrag. De skulle behöva veta hur väl maskinerna kunde kommunicera med varandra. Det är här Kilobots är särskilt användbara som testdummier.
Varje robot kan studsa en infraröd signal från marken till en annan bot bredvid den, låta den känna var den är i förhållande till andra i svärmen (se bild). Att avvisa den signalen kan också säkerställa att ens robotgrannar är på samma sida när och hur en uppgift ska utföras. Att veta var andra robotar är är viktigt när det gäller att lokalisera objekt i en given miljö och föra dem tillbaka till hemmabasen.
Än så länge, det finns tre grundläggande svärmbeteenden Kilobots har bemästrat:föda, bildningskontroll och synkronisering.
Födosök är hur det låter:att beordra flera robotar att sprida sig och utforska området runt dem. Med Kilobots, tanken är att ta bort den tid det tar att foder på en viss plats. Här är signalering till andra i svärmen till nytta. Michael Rubenstein, en forskare som hjälpte till att designa robotarna, säger att föda som grupp är mycket effektivare än individuellt, särskilt i brådskande situationer.
"Om det finns en kollapsad byggnad från en jordbävning, och det finns en person som har fastnat i den byggnaden - om du skickar en enda robot kan det ta mycket längre tid att hitta den personen än om du skickar en stor grupp robotar för att hitta den personen, "säger han. Även om en kollapsad byggnad och en lägenhet, white board är helt olika miljöer, algoritmerna som används för att navigera båda är lika.
En annan viktig del av effektiva svärmar är bildningskontroll , förmågan att bete sig unisont eller i en specifik del av svärmen. Genom att upprätthålla kommunikationen med varandra, Kilobots har en virtuell lagersensor som ger var och en en realistisk känsla av sin position i gruppen. Istället för att använda hårdvara för att uppnå detta, Kilobots nöjer sig med grundläggande programvara och mer avancerade algoritmer. Att utföra komplexa beteenden med så lite hårdvara som möjligt omfattar Kilobots anda.
I ett system där varje robot förväntas vara på samma sida, synkronisering frågor. Om en del av svärmen behöver utföra en uppgift under en viss tid och sedan byta till ytterligare några sekunder senare, hela gruppen måste ha samma interna klocka. Ett sätt att visualisera detta är att föreställa sig en svärm av 1, 000 Kilobots, var och en använder sitt LED -ljus för att representera en pixel i en större video som kan ses ovanifrån. För att veta vilken färg som ska signaleras vid varje given tidpunkt, varje Kilobot måste använda samma klocka.
Även om de är akademiska älsklingar, Kilobots visar löften i den verkliga världen, för. De är ritbord av något slag. Säg att någon inspirerad forskare drömmer om att bygga en svärm av insektsrobotar för att pollinera grödor. Han eller hon skulle tjäna på att testa Kilobots först.
De små botarna kan också belysa svärm intelligens , eller gruppens kollektiva beteende, och hur man bättre hanterar stora robotgäng.
Ta kollektivtrafik, till exempel. Myror använder beteendet för att bära matvaror (som potatischipsen) tillbaka till boet. Forskare har lärt sig att vissa individer - myror och robotar - spelar en speciell roll i processen. Vissa kan skapa en kedjeliknande väg som leder foderförare tillbaka till boet, medan andra ansvarar för att arbeta tillsammans för att bära föremålet från en plats till nästa. I Kilobot -arenan, Att testa samma princip kan hjälpa skolrobotar om hur man upptäcker och rensar upp röra i en given miljö - som oljeutsläpp, till exempel.
De kan också vara praktiska för att göra bättre kartor eller ögonblicksbilder av miljöer. Robotarna kan göra detta genom att utforska ett område och skapa en rumskarta för referens. Andra uppdrag kan omfatta pollinering av grödor eller ledande sök-och-räddningsoperationer [källa:Rutter].
Michael Rubenstein, en av forskarna som skapade Kilobots, säger framtida forskning kommer att fokusera på att komma med nya algoritmer som gör det lättare att kontrollera svärmen. Programmera robotarna för att utföra kollektiva transportaktiviteter och hitta sätt att skapa användbara former från robotarna (som den kollapsade delen av en byggnad, till exempel) förblir prioriterade. Vem vet, kanske Kilobots kommer att inspirera robotar som liknar science fiction -favoriterna Transformers. Tanken är att ha smart, mindre robotar som kan ansluta till en större, kraftfullare.
Fortfarande, Rubenstein säger att det finns gott om utrymme för förbättringar. Konstruera en 1, 000 robotsvärm har tagit tid. Och även om Kilobots kan självkorrigera, de saknar precision när du reser på längre avstånd.
Myror svärmar till ett föremål flera gånger deras storlek och tar upp det enkelt (eller så verkar det). Men det finns ett helt lager av kommunikation vi saknar om vi inte tittar noga. Om vi vill ha intelligenta maskiner med liknande funktioner, vi måste ta några tips från naturen. Det som förvånade mig mest när jag skrev om Kilobots var inte robotarna själva, men detaljnivån som krävs för att program och algoritmer ska fungera. Kiloboter skummar bara ytan när det gäller de fascinerande idéer som forskare testar. Dessa små, mekaniska arméer tjänar som en påminnelse om hur snygg och komplex världen är, och hur man försöker förstå det är halva nöjet.
