Килобот
Килобот — малобюджетный робот-коллективист высотой 3,3 см, разработанный исследовательской группой Systems Research Group в Гарвардском университете (Кембридж, Массачусетс). Килоботы способны коллективно выполнять определённые действия в группах до тысячи участников для реализации команд, запрограммированных пользователями, которые невозможно исполнить отдельным роботом. Одна из основных проблем исследований в области коллективной робототехники — высокая стоимость единичного робота, однако общая стоимость одного килобота составляет менее 15 долларов США. Кроме низкой стоимости, килоботы поддерживают такие коллективные режимы работы, как совместное перемещение, управление группой роботов человеком и самосборка[1].
Развитие
В ноябре 2010 года Майкл Рубинштейн начал разработку технологии килобот при поддержке Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering и Национального научного фонда США. Две основные цели проекта заключались в обеспечении низкой стоимости при сохранении достаточно широкой функциональности, позволяющей решать разнообразные коллективные задачи. Одной из задач разработчика было обеспечение совместимости килобота с программой S-DASH:
S-DASH
S-DASH (англ. Scalable Distributed Self-assembly and Self-healing, настраиваемая распределённая система самосборки и самовосстановления) — алгоритм, предназначенный для выполнения коллективных задач по формированию и восстановлению форм[2]. Для выполнения S-DASH килоботу необходимы следующие возможности:
- движение вперёд,
- вращение,
- связь с ближайшими коллегами,
- измерение расстояния до соседей,
- достаточный объём памяти для работы S-DASH.
Для повышения функциональных возможностей килобота были добавлены:
- измерение уровня рассеянного света,
- возможность выполнения масштабируемых операций.
Дизайн
Источником питания килобота служит перезаряжаемый литий-ионный аккумулятор, обеспечивающий автономную работу робота до 3-12 часов в зависимости от активности. Каждый килобот оснащён трёхцветными светодиодами (красный, зелёный, синий), применяемыми для передачи информации пользователю. Использование колёс признано нецелесообразным из-за их дороговизны, поэтому движение обеспечивается двумя вибраторами, что позволило удешевить конструкцию. При активации одного вибратора килобот совершает поворот примерно на 45 ° в секунду; при одновременной работе обоих вибраторов робот движется прямо со скоростью около 1 см/с. Три опорные ножки обеспечивают устойчивость и приподнимают корпус на 2 см над поверхностью. Каждый робот оснащён инфракрасным передатчиком и приёмником — передатчик излучает свет на поверхность, который отражается к приёмнику соседнего робота, обеспечивая связь и командообмен. К недостаткам такой конструкции и способов обмена данными относятся привязка к ровной поверхности, а также невозможность точно перемещаться на значительные расстояния или длительное время.
Применение
Килоботы предназначены для имитации поведения роев насекомых, в которых каждый отдельный экземпляр трудится над задачей, недостижимой индивидуально. Они способны к согласованному коллективному перемещению путём кооперации отдельных роботов при перемещении массивных объектов. С помощью алгоритма S-DASH коллективные роботы могут формировать заданные формы и восстанавливать их в случае искажения, а также изменять масштаб структуры. В частности, одна программа позволяет моделировать поведение насекомых: «домашнее» положение задаётся одним килоботом как центр, а другие расходятся к «пище» — роли которой выполняет ещё один робот; найдя её, робот возвращается к центру и «выкладывает» свою находку. Другая программа реализует следование группы роботов друг за другом по примеру лидера, при этом следящие следят за тем, чтобы не отстать. С помощью датчиков осуществляется синхронизация коллективного поведения, например, одновременное мигание светодиодов. Через верхний инфракрасный контроллер и приёмники пользователь может выполнять масштабируемые задачи обслуживания — зарядку, перепрограммирование и запуск, не требующие обращения к каждому килоботу вручную[3].
Восприятие
Разработка килоботов заняла первое место в категории «Телекоммуникации» конкурса African Robotics Network $10 Robot Design Challenge 2012 года, направленного на создание доступных образовательных роботов для детей из развивающихся стран. Целью создания килобота было сделать коллективных роботов максимально доступными широкому кругу пользователей[4]. Для поддержки дальнейших исследований конструкция килобота была открыта для некоммерческого использования. Кроме того, разработчики реализовали сотрудничество с компанией K-team (Швейцария), что позволило приобрести килоботы для образовательных и научных целей.