Autonome robots blinken uit in fabrieken en andere door de mens gemaakte ruimtes, maar ze worstelen met de willekeur van de natuur.

Om deze machines te helpen oneffen terrein en andere obstakels te overwinnen, Onderzoekers van de Universiteit van Buffalo hebben zich tot bevers gewend, termieten en andere dieren die structuren bouwen als reactie op eenvoudige omgevingssignalen, in tegenstelling tot het volgen van vooraf bepaalde plannen.

"Als een bever een dam bouwt, het volgt geen blauwdruk. In plaats daarvan, het reageert op bewegend water. Het probeert het water te stoppen met stromen, " zegt Nils Napp, doctoraat, assistent-professor informatica en engineering aan de UB's School of Engineering and Applied Sciences. "We ontwikkelen een systeem voor autonome robots om zich op dezelfde manier te gedragen. De robot bewaakt en past zijn terrein voortdurend aan om het mobieler te maken."

Het werk wordt beschreven in een studie die deze week wordt gepresenteerd op de conferentie Robots:Science and Systems. Het werk kan gevolgen hebben voor zoek- en reddingsoperaties, planetaire verkenning voor Mars rover-achtige voertuigen en andere gebieden.

Het draait allemaal om wiskunde

Hoewel het project dieren en robots omvat, de belangrijkste focus is wiskunde:specifiek, het ontwikkelen van nieuwe algoritmen - de sets regels die zelfsturende machines nodig hebben om hun omgeving te begrijpen en problemen op te lossen.

Algoritmes maken voor een autonome robot in een gecontroleerde omgeving, zoals een autofabriek, is relatief eenvoudig. Maar het is veel moeilijker om in het wild te bereiken, waar ruimtes onvoorspelbaar zijn en complexere patronen hebben, zegt Nap.

Het probleem aankaarten, hij studeert stigmergie, een biologisch fenomeen dat is gebruikt om alles te verklaren, van het gedrag van termieten en bevers tot de populariteit van Wikipedia.

Volgens stigmatisering, de complexe nesten die termieten bouwen zijn niet het resultaat van goed gedefinieerde plannen of diepgaande communicatie. In plaats daarvan, het is een soort indirecte coördinatie. aanvankelijk, een termiet zal een feromoon-geregen bal van modder op een willekeurige plek deponeren. andere termieten, aangetrokken tot de feromonen, hebben meer kans om hun modderballen op dezelfde plek te laten vallen. Het gedrag leidt uiteindelijk tot grote termietennesten.

Onderzoekers hebben dit gedrag vergeleken met Wikipedia en andere online collectieve projecten. Bijvoorbeeld, één gebruiker maakt een pagina aan in de online encyclopedie. Een andere gebruiker zal het wijzigen met aanvullende informatie. Het proces gaat oneindig door, waarbij gebruikers complexere pagina's bouwen.

De autonome rover testen

Het gebruik van kant-en-klare componenten, Napp en zijn studenten rustten een mini-rovervoertuig uit met een camera, aangepaste software en een robotarm om objecten op te tillen en neer te zetten.

Vervolgens creëerden ze oneffen terrein - willekeurig geplaatste rotsen, bakstenen en gebroken stukjes beton - om een ​​omgeving na te bootsen na een ramp zoals een tornado of aardbeving. Het team plaatst ook handgrote zitzakken van verschillende groottes rond het gesimuleerde rampgebied.

Onderzoekers activeren vervolgens de robot, die de door Napp ontwikkelde algoritmen gebruikt om de omgeving continu te bewaken en te scannen. Het pakt zitzakken op en deponeert ze in gaten en gaten tussen de rots, baksteen en beton. Uiteindelijk vormen de zakken een helling, waarmee de robot de obstakels kan overwinnen en zijn doellocatie kan bereiken, een plat platform.

"In dit geval, het is als een bever die materialen uit de buurt gebruikt om mee te bouwen. De robot haalt zijn signalen uit zijn omgeving, en het zal zijn omgeving blijven aanpassen totdat het een helling heeft gecreëerd, ' zegt Napp. 'Dat betekent dat het fouten kan herstellen en kan reageren op storingen; bijvoorbeeld vervelende onderzoekers die half afgebouwde hellingen verprutsen, net als bevers die lekken in hun dammen repareren."

Bij 10 testen de robot verplaatste van 33 naar 170 zakken, elke keer creëerde hij een helling die hem in staat stelde zijn doellocatie te bereiken.

"Net als een dier, de robot kan volledig zelfstandig werken, en reageren op en veranderen zijn omgeving om aan zijn behoeften te voldoen, ' zei Nap.