Onderzoekers van het U.S. Naval Research Laboratory vlogen samen met een vloot van 30 miniatuur autonome zeppelins om het zwermgedrag van autonome systemen te testen. De zeppelins reageerden tijdens de vlucht op elkaar en reageerden op veranderende omstandigheden.

Don Sof, lead voor de groep gedistribueerde autonome systemen bij NRL, en zijn team werken aan verder onderzoek naar autonome superzwermen. Hun doel is om dit jaar meer dan 100 gecontroleerde miniatuurzeppelins te vliegen.

Georgia Tech-onderzoekers creëerden het miniatuurblimpplatform en blijven ontwerpupgrades bieden in samenwerking met de Sofge-groep. Dit jaar, ze zijn de motoren aan het upgraden, sensoren toevoegen en ontwerp tweaks maken.

"Het proces is een constant geven en nemen met ontwerp en schaal, "Zei Sofge. "Het is beter om te beginnen met een eenvoudig ontwerp. Je begint met iets dat werkt en brengt vervolgens incrementele wijzigingen aan. Er zijn uitdagingen met ontwerp en er zijn uitdagingen met schaalvergroting. Dus we zijn aan het herontwerpen en vervolgens opschalen om de 100 zeppelins te produceren. We doen het stap voor stap."

De wetenschap van het zwermen

Een van de doelen van Sofges onderzoek is inzicht te krijgen in de mogelijke toepassingen van zwermen autonome systemen - zowel defensief als offensief. Enkele gewenste opkomende gedragingen zijn onder meer het beschermen van activa, het bieden van gebiedsdekking, het uitvoeren van verkenningsmissies, of gewoon in formatie van de ene naar de andere locatie gaan.

Hij vergelijkt individuele autonome agenten met mieren in een kolonie. Mieren voeren handelingen uit die vaak worden gelijkgesteld met de functies van een samenleving, maar ze hebben geen centrale besturing. De mogelijkheid om individueel gedrag te repliceren in autonome systemen is van groot belang voor onderzoekers.

"We gebruiken deze als platforms om zwermgedrag te demonstreren, "Zei Sofge. "Het gedrag is in elke agent afzonderlijk geprogrammeerd. Het idee is dat elke agent zijn eigen beslissingen neemt, de wereld eromheen voelen, zodat de actie van de groep resulteert in een gewenst opkomend gedrag."

"Om de zwerm iets nuttigs te laten doen, je moet nadenken over hoe je het individu programmeert, " zei hij. "Welke gedragingen of algoritmen worden uitgevoerd op de individuele agent? In de natuur, de meeste kolonie- of zwermsystemen hebben geen gecentraliseerde controle. Elk individu staat in principe in interactie met zijn omgeving, maar samen zijn ze in staat om zeer interessante en nuttige dingen te doen."

Sofge en zijn team zijn van plan om dergelijk gedrag te ontwerpen om opkomend zwermgedrag op te schalen tot wel 10, 000 autonome systemen.

"Als je werkt met een traditionele gecentraliseerde besturingsarchitectuur, heb je te maken met de uitdagingen van het communiceren met 10, 000 agenten afzonderlijk, "Zei Sofge. "Je kunt er niet van uitgaan dat iedereen weet waar iedereen is, omdat ze alleen lokaal communiceren op basis van wat ze voelen en de beslissingen die ze nemen en de acties die ze lokaal ondernemen."

Het NRL-onderzoeksteam werkt ook aan een naadloze netwerkarchitectuur. Ze maken gebruik van bestaande netwerkarchitecturen en protocollen voor grote aantallen objecten die samenwerken. Elk object in een zwerm is dynamisch en de locatie ervan staat nooit vast. Het object kan in en uit het netwerk bewegen, wat het overlappen van een netwerkarchitectuur uiterst moeilijk maakt.

Autonome objecten in een zwerm moeten omgaan met een uitdaging die veel voorkomt in militaire omgevingen:communicatie. Het Amerikaanse ministerie van Defensie is over de hele wereld actief, van het ijskoude Noordpoolgebied tot hete tropische wouden. In contact blijven met een agent ondanks onherbergzame omgevingen en mogelijke vijandelijke storingen, is iets waar Sofge en zijn team rekening mee moeten houden bij het ontwikkelen van zwermtechnologie.

De geschiedenis van autonomie die het leven imiteert

Het onderzoek naar zwermgedrag bij het NRL begon in de jaren negentig en was gebaseerd op het concept van physicomimetics, een op fysica gebaseerde benadering die het gedrag van geladen deeltjes die met elkaar interageren, modelleert. Later, zwermbenaderingen ontwikkeld bij NRL waren biologie-geïnspireerd door dierenzwermen, zoals bijen, mieren en vogels in de natuur.

"In de fysicomimetica, je definieert objecten als deeltjestypes en creëert krachtwetten om actie tussen die deeltjestypes te beschrijven, "Zei Sofge. "Door je deeltjestype en krachtwetten op de juiste manier te kiezen, kun je zwermen agenten ertoe brengen om interessante dingen te doen, zoals in formatie bewegen en rond objecten stromen."

Met behulp van bio-geïnspireerde concepten zoals quorum sensing, een vermogen dat bacteriën gebruiken om te communiceren en te coördineren via signaalmoleculen, Het team van Sofge demonstreerde complexe groepsbesluitvorming met behulp van eenvoudig op agenten gebaseerd gedrag.

De onderzoekers van NRL hebben geavanceerde physicomimetics en op de natuur geïnspireerde technieken voor teams van autonome systemen en zijn van plan om door te gaan met het ontwikkelen van nieuwe algoritmen voor zwermgedrag. De meest recente bevindingen hebben geavanceerde zwermtechnologie en tonen potentieel voor het maken van vooruitgang in mens-machine-interfaces.