Forskare vid U.S. Naval Research Laboratory flög en flotta av 30 autonoma luftskenor i miniatyr unisont för att testa det svärmande beteendet hos autonoma system. Luftblåsarna reagerade på varandra under flygningen och reagerade på förändrade förhållanden.

Don Sofge, ledare för gruppen för distribuerade autonoma system vid NRL, och hans team arbetar för att ytterligare forska efter autonoma supersvärmar. Deras mål är att flyga mer än 100 kontrollerade miniatyrflygplan i år.

Georgia Tech forskare skapade miniatyr luftskepsplattformen och fortsätter att tillhandahålla designuppgraderingar i samarbete med Sofges grupp. Det här året, de uppgraderar motorerna, lägga till sensorer och göra designjusteringar.

"Processen är en konstant ge-och-ta med design och skala, " sa Sofge. "Det är bättre att börja med en enkel design. Du börjar med något som fungerar och gör sedan stegvisa förändringar. Det finns utmaningar med design och det finns utmaningar med skalning. Så vi designar om och skalar sedan upp för att producera de 100 luftblåsarna. Vi tar det ett steg i taget."

Vetenskapen om svärmning

Ett av målen för Sofges forskning är att förstå de potentiella användningsområdena för svärmar av autonoma system – både defensiva och offensiva. Några önskade framväxande beteenden inkluderar att skydda en tillgång, tillhandahålla områdestäckning, utföra spaningsuppdrag, eller helt enkelt flytta i formation från en plats till en annan.

Han liknar individuella autonoma agenter med myror i en koloni. Myror utför handlingar som ofta likställs med ett samhälles funktioner, men de har ingen central kontroll. Möjligheten att replikera individuella beteenden i autonoma system är av stort intresse för forskare.

"Vi använder dessa som plattformar för att visa svärmbeteenden, ", sa Sofge. "Beteenden programmeras in i varje agent individuellt. Tanken är att varje agent fattar sina egna beslut, känna av omvärlden så att gruppens agerande resulterar i något önskvärt framväxande beteende."

"För att få svärmen att göra något användbart, man måste tänka på hur man programmerar individen, " sa han. "Vilka beteenden eller algoritmer körs på den enskilda agenten? I naturen, de flesta koloni- eller svärmsystem har ingen centraliserad kontroll. Varje individ interagerar i grunden med sin omgivning, men tillsammans kan de göra mycket intressanta och användbara saker."

Sofge och hans team planerar att utforma sådana beteenden för att skala upp framväxande svärmningsbeteende till att involvera så många som 10, 000 autonoma system.

"Om du arbetar med en traditionell centraliserad styrarkitektur måste du hantera utmaningarna med att kommunicera med 10, 000 agenter individuellt, ", sa Sofge. "Du kan inte anta att alla vet var alla andra är eftersom de bara interagerar lokalt baserat på vad de känner och de beslut de fattar och de åtgärder de vidtar lokalt."

NRL-forskargruppen arbetar också med att etablera en sömlös nätverksarkitektur. De utnyttjar befintliga nätverksarkitekturer och protokoll för ett stort antal objekt som arbetar tillsammans. Varje objekt i en svärm är dynamiskt och dess placering är aldrig fast. Objektet kan röra sig in och ut ur nätverket, vilket gör det extremt svårt att lägga över en nätverksarkitektur.

Autonoma objekt i en svärm måste hantera en utmaning som är vanlig i militära miljöer:kommunikation. Det amerikanska försvarsdepartementet verkar över hela världen, från det kyliga Arktis till heta tropiska skogar. Att hålla sig i kommunikation med en agent trots ogästvänliga miljöer och potentiella fiendens störningar är något som Sofge och hans team måste tänka på när de utvecklar svärmande teknologi.

Historien om autonomi som imiterar livet

Studien av svärmbeteende vid NRL började på 1990-talet och grundades på konceptet fysikomimetik, en fysikbaserad metod som modellerar beteendet hos laddade partiklar som interagerar med varandra. Senare, svärmningsmetoder som utvecklats vid NRL var biologiskt inspirerade av djursvärmar, såsom bin, myror och fåglar i naturen.

"Inom fysikomimetik, du definierar objekt som partikeltyper och skapar kraftlagar för att beskriva verkan mellan dessa partikeltyper, ", sa Sofge. "Genom att välja din partikeltyp och tvinga lagar på lämpligt sätt kan du få svärmar av medel att göra intressanta saker, som att röra sig i formation och flöda runt föremål."

Att använda bioinspirerade koncept som kvorumavkänning, en förmåga som bakterier använder för att kommunicera och koordinera via signalmolekyler, Sofges team visade komplext gruppbeslutsfattande med enkla agentbaserade beteenden.

NRL:s forskare har avancerad fysikomimetik och naturinspirerade tekniker för team av autonoma system och planerar att fortsätta utveckla nya algoritmer för svärmande beteenden. De senaste rönen har avancerad svärmteknologi och visar potential för att göra framsteg inom gränssnitt mellan människa och maskin.