АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Робототехнические платформы роя

Экспертиза РАН

Logo-ran.pngLogo-ran-black.png
Проводится экспертиза
Российской академией наук
Подробнее
Times2.svg

Экспертиза РАН

Arrow-Right.png
Logo-ran.png
Проводится экспертиза
Российской академией наук
Подробнее

Платформы ро́йной робототехники (англ. swarm robotic platforms) — направление в робототехнике, применяемое[1] для организации совместной работы многих роботов[2]. Они вдохновлены природными механизмами коллективного решения задач, такими как агрегация у медоносных пчёл[3][4]. Основная задача — управление большим количеством роботов с ограниченными сенсорными и вычислительными возможностями для выполнения общей задачи.

Ограничения по аппаратным средствам и стоимости приводят к тому, что большая часть исследований ройной робототехники проводится в программных симуляторах (например, Stage[5], ARGoS[6]). Однако моделирование ройных сценариев с большим числом агентов является сложной и зачастую неточной задачей из-за неидеального воспроизведения внешних условий и ограничений вычислительных ресурсов.

Ряд мобильных роботизированных платформ был разработан для исследований в области ройной робототехники.

Робот Сенсоры / Модули Движение / Макс. скорость Размер / Диаметр Время автономии Университет / Институт Открытое ПО Открытое «железо» Описание Изображение
AMiR расстояние, освещённость, ориентир колёса, 10 см/с 6,5 см 2 ч Университет Путра Малайзия Yes AMiR[7] — недорогая платформа для ройной робототехники, разработанная как проект с открытым программным и аппаратным обеспечением. Использовалась, в основном, для исследований агрегации по пчелиному типу (BEECLUST), в том числе для нечёткого моделирования принятия решений. В более поздних исследованиях на платформе тестировались системы искусственных феромонов (COSΦ)[8] и алгоритмы управления агрегацией роя, представленные на конференции ANTS 2022[9].
AMiR .jpg
Alice расстояние, камера колёса, 4 см/с 2,2 см 10 ч Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL), Швейцария Alice — миниатюрная платформа, использовавшаяся в проектах по воссозданию поведения агрегации тараканов[10]. Основная научная работа по этой теме была опубликована в журнале Science в 2007 году[11]. По состоянию на 2020-е годы платформа считается устаревшей и не используется в текущих исследовательских проектах EPFL[12].
Alice microrobot
Cellulo камера для распознавания структурных образцов, ёмкостной сенсор касания всенаправленное шаровое колесо, 20 см/с 7,5 см 1-2 ч Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL), Швейцария Cellulo[13][14] — одна из первых в мире платформ ройных роботов с осязаемым («tangible») интерфейсом для взаимодействия со стаей. Первоначально разработана для образовательных целей, но применяется также в реабилитации[15], изучении эмерджентных явлений (например, моделирование распространения болезней)[16] и для создания интерактивных платформ для изучения роевого поведения, таких как «Cellulan World»[16].
Роботы Cellulo во взаимодействии в рое
Colias расстояние, освещённость, соприкосновение, ориентир, дальность колёса / 35 см/с 4 см 1-3 ч CIL, Университет Линкольна, Великобритания Yes Colias[17][18] — недорогая платформа с открытыми кодами и схемотехникой. Использовалась для изучения систем непрямой коммуникации, в частности, с помощью искусственных феромонов (ColCOSΦ), где виртуальные следы проецировались на ЖК-экран[19][20].
Рой роботов Colias
Colias-III камера, расстояние, освещённость, соприкосновение, ориентир, дальность колёса, 35 см/с 4 см 1-3 ч CIL, Университет Линкольна, Великобритания Yes Colias-III[21] — усовершенствованная версия микроробота Colias, разработанная в первую очередь для внедрения биоинспирированных систем зрения. Дальнейшим развитием стала версия Colias IV (2018) с более мощным процессором и камерой для реализации нейросетевых алгоритмов на борту робота[22].
Colias-III
Droplets освещение вибрация 4,4 см 24+ ч Correll Lab, Университет Колорадо Yes[23] Yes Droplets — открытая экспериментальная платформа для исследований масштабируемого роя, доступная и в виде open hardware[23][24].[25] Специальный пол с электропитанием обеспечивает длительные эксперименты[26]. В 2015 году рой из 100 роботов использовался в арт-проекте, создавая узоры под музыку Филипа Гласса[27]. Позднее проект эволюционировал в исследования «роботизированных материалов»[28].
E-puck расстояние, камера, ориентир, акселерометр, микрофон, ToF, ИМУ колёса / 13 см/с 7,5 см 1-10 ч Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL), Швейцария Yes[29] Yes E-puck[30] — одна из самых успешных образовательных платформ, широко используемая для экспериментов с коллективным поведением. Версия e-puck2 (2018) получила Wi-Fi, датчик времени пролёта (ToF) и ИМУ[31]. Плата расширения Pi-puck (2020) с Raspberry Pi добавила поддержку ROS[32]. Платформа использовалась в передовых исследованиях, включая изучение влияния ограниченной коммуникации на адаптивность роя (Science Robotics, 2021)[33] и защиту роя от вредоносных агентов с помощью блокчейна (Science Robotics, 2023).
E-puck мобильный робот
Jasmine расстояние, освещённость, ориентир колёса, н/д 3 см 1-2 ч Университет Штутгарта, Германия Yes[34] Yes Jasmine[35] — платформа, использованная во многих ройных исследованиях, в том числе в рамках европейского проекта I-SWARM. В 2005—2011 годах рой из 380 роботов Jasmine считался крупнейшим в мире автономным роем[36]. В 2020 году использовалась в симуляциях для изучения взаимодействия двух роёв[37].
Рой микророботов Jasmine
Kilobot расстояние, освещённость вибрация, 1 см/с 3,3 см 3-24 ч Гарвардский университет, США Yes[38] Yes[39] Kilobot[40] — платформа для создания роя из тысяч роботов. Известна экспериментами по самосборке в сложные формы (например, буква «K»)[41], формированию узоров Тьюринга[42], моделированию поведения пчёл[43] и изучению «разрыва с реальностью» между симуляцией и физическим миром[44]. К 2025 году отмечается, что аппаратная часть устарела для некоторых прикладных задач[45].
Kobot расстояние, ориентир, зрение, компас колёса, н/д 12 см 10 ч KOVAN Research Lab, Ближневосточный технический университет, Турция Kobot[46] — универсальная платформа для ройных исследований с расширенным набором сенсоров. Применяется для реализации сценариев ройного движения (флокинга)[47]. В 2022 году была представлена расширяемая гетерогенная платформа на базе Kobot, включающая колёсные (Kobot-W) и летающие (Kobot-F) версии, и использовалась для изучения агрегации с помощью социального обучения с подкреплением[48].
Mona расстояние, соприкосновение, дальность, радиоканал колёса, 5 см/с 6,5 см непрерывно Университет Манчестера, Великобритания Yes[49] Yes[50] Mona[51] создан для экспериментов с концепцией непрерывно действующего роя (Perpetual Robotic Swarm)[52]. Использовался в экспериментах по надёжному управлению строем[53] и для тестирования улучшенного алгоритма агрегации Beeclust, который сократил время сбора роя на 30 %[54].
Робот Mona
R-One освещённость, ИК, гироскоп, соприкосновение, акселерометр колёса, 30 см/с 10 см 6 ч Университет Райса, США Yes[55] R-One[56] — недорогой образовательный и исследовательский робот. Проект стал менее активным после перехода его руководителя Джеймса МакЛеркина в Google в 2015 году.
S-bot освещённость, ИК, положение, сила, скорость, температура, влажность, акс., микрофон гусеницы 12 см 2 ч Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL), Швейцария S-bot[57] — одна из наиболее известных ройных платформ, отличающаяся наличием захватного устройства для физического соединения с другими s-bot’ами в единую структуру (swarm-bot). Проект был завершён в 2005 году[58], а его идеи были развиты в проекте-преемнике Swarmanoid[59].
Spiderino дальность, освещённость, ориентир (с модулем-расширением) 6 ног, 6 см/с 8 см 4-20 ч Университет Клагенфурта, Австрия Yes[60] Yes Spiderino[61] — доступная исследовательская платформа на основе игрушки Hexbug spider с заменой головы на 3D-печатный блок с электроникой на Arduino. Использовался в симуляциях для эволюционной разработки роевого поведения и в исследованиях энергопотребления в зависимости от типа поверхности[62].
SwarmBots ИК-связь н/д ~13 см (куб) н/д iRobot (при поддержке DARPA) Проект компании iRobot под руководством Джеймса МакЛеркина (до его перехода в Университет Райса), финансируемый DARPA[63]. Роботы кубической формы были созданы для изучения распределённых алгоритмов и коллективного поведения, имитирующего социальных насекомых[64].
Swarmanoid Гетерогенный рой: foot-bots (колёсные), hand-bots (карабкающиеся, с захватом), eye-bots (летающие, с камерой) смешанный: колёса, карабканье, полёт смешанный н/д Координатор: IDSIA (Швейцария) Проект-преемник Swarm-bots (2006—2010), состоявший из ~60 роботов трёх разных типов для работы в 3D-пространстве[65]. Рой продемонстрировал способность к сложной кооперации, выполнив задачу по поиску и извлечению книги с полки[66].
SwarmBot дальность, ориентир, камера, соприкосновение колёса, 50 см/с 12,7 см 3 ч Университет Райса, США SwarmBot[67] — успешная исследовательская платформа, где роботы способны находить и стыковаться с зарядными станциями на стенах.
Acoustic Swarm микрофон, динамик, ИМУ колёса, 44 см/с 3 см 1-3 ч Университет Вашингтона, США Yes[68] Yes Acoustic swarm[69] — платформа, где миниатюрные роботы кооперируются с помощью акустических сигналов для навигации с точностью до сантиметра. С помощью алгоритмов глубокого обучения система способна отслеживать и разделять речь нескольких говорящих, а также создавать «зоны тишины» и «активные зоны» в помещении[70].

Примечания

  1. ↑ Hamann, H. Swarm Robotics: A Formal Approach. Springer, Нью-Йорк, 2018.
  2. ↑ Şahin, Erol. Swarm robotics: From sources of inspiration to domains of application (англ.). International workshop on swarm robotics. Springer Berlin Heidelberg (2004). Дата обращения: 4 января 2017. Архивировано 4 января 2017 года.
  3. ↑ Schmickl, Thomas, и др. “Get in touch: cooperative decision making based on robot-to-robot collisions” (PDF). Autonomous Agents and Multi-Agent Systems [англ.]. 18 (1): 133—155. 2009. Дата обращения 4 января 2017.
  4. ↑ Arvin, Farshad, и др. “Cue-based aggregation with a mobile robot swarm: a novel fuzzy-based method”. Adaptive Behavior [англ.]. 2014. DOI:10.1177/1059712314528009. Дата обращения 4 января 2017.
  5. ↑ Vaughan, Richard. “Massively multi-robot simulation in stage” (PDF). Swarm Intelligence [англ.]. 2 (2—4): 189—208. 2008. Дата обращения 4 января 2017.
  6. ↑ Pinciroli, Carlo, и др. ARGoS: a modular, multi-engine simulator for heterogeneous swarm robotics (англ.). IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (2011). Дата обращения: 4 января 2017.
  7. ↑ Arvin, Farshad, и др. “Development of a Miniature Robot for Swarm Robotic Application” (PDF). International Journal of Computer and Electrical Engineering [англ.]. 1 (4): 436. 2009. Дата обращения 2025-11-03.
  8. ↑ Farshad Arvin - Google Scholar Citations. Google Scholar. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  9. ↑ Controlling the Proportional Aggregation of a Robot Swarm (англ.). giovannireina.com. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  10. ↑ “The embodiment of cockroach aggregation behavior in a group of micro-robots”. Artificial Life [англ.]. 14 (4): 387—408. 2008. Дата обращения 2025-11-03.
  11. ↑ “Social integration of robots into groups of cockroaches to control self-organized choices”. Science [англ.]. 2007-11-23. Дата обращения 2025-11-03.
  12. ↑ Old Robots (англ.). EPFL. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  13. ↑ Özgür, Ayberk, и др. Cellulo // Proceedings of the 2017 ACM/IEEE International Conference on Human-Robot Interaction - HRI '17. — 2017. — P. 119–127. — ISBN 9781450343367. — doi:10.1145/2909824.3020247.
  14. ↑ Özgür, Ayberk. Cellulo: Tangible Haptic Swarm Robots for Learning (англ.). EPFL (2018). doi:10.5075/epfl-thesis-8241. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  15. ↑ Gamified Rehabilitation with Tangible Robots (англ.). EPFL. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  16. ↑ 1 2 Cellulo (англ.). EPFL. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  17. ↑ Low-cost autonomous robots replicate swarming behavior (англ.). New Atlas (22 сентября 2014). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  18. ↑ Arvin, Farshad, и др. «Colias: An Autonomous Micro-robot for Robotic Swarm Applications.» International Journal of Advanced Robotic Systems 11 (2014): 113.
  19. ↑ ColCOSΦ: A Multiple Pheromone Communication System for Swarm Robotic Systems (англ.). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  20. ↑ Na, S., и др. (2020) ‘Bio-inspired artificial pheromone system for swarm robotics applications’, Adaptive Behavior. doi: 10.1177/1059712320918936.
  21. ↑ Hu, Cheng, и др. «A Bio-inspired Embedded Vision System for Autonomous Micro-robots: the LGMD Case», IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems, 2016.
  22. ↑ Colias-IV: The Affordable Micro-Robot Platform with Bio-inspired Vision System for Swarm Robotic Applications (англ.). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  23. ↑ 1 2 Droplets (англ.). Correll Lab (20 декабря 2012). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  24. ↑ Ping Pong Ball-Sized Robots Can Swarm Together To Form A Smart Liquid (англ.). Popular Science (19 декабря 2012). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  25. ↑ Swarm of tiny robots form 'liquid that thinks' (Wired UK). Wired UK. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 31 декабря 2012 года.
  26. ↑ Droplets: A low-cost swarm robotics platform for teaching and experimentation (англ.). robohub.org. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  27. ↑ Art (англ.). Correll Lab. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  28. ↑ Nikolaus Correll Lab (англ.). ResearchGate. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  29. ↑ e-puck. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 10 марта 2017 года.
  30. ↑ Mondada, Francesco, и др. «The e-puck, a robot designed for education in engineering.» Proceedings of the 9th conference on autonomous robot systems and competitions. Vol. 1. No. LIS-CONF-2009-004. IPCB: Instituto Politécnico de Castelo Branco, 2009.
  31. ↑ e-puck2 (англ.). EPFL. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  32. ↑ The Pi-puck Ecosystem: Hardware and Software Support for the e-puck and e-puck2 (англ.). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  33. ↑ A swarm of robots adapts to a dynamic environment (англ.). White Rose ePrints. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  34. ↑ Swarmrobot Open-source micro-robotic project (англ.). www.swarmrobot.org. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  35. ↑ Kernbach, Serge, и др. «Re-embodiment of honeybee aggregation behavior in an artificial micro-robotic system.» Adaptive Behavior 17.3 (2009): 237—259.
  36. ↑ EU-Project I-SWARM (англ.). thomasschmickl.eu. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  37. ↑ “A study of the Beeclust algorithm for robot swarm aggregation”. ResearchGate [англ.]. December 2020. Дата обращения 2025-11-03.
  38. ↑ acornejo/kilobot-labs. GitHub. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  39. ↑ Self-organizing Systems Research Group. www.eecs.harvard.edu. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 26 октября 2014 года.
  40. ↑ Rubenstein, Michael, и др. «Kilobot: A low cost robot with scalable operations designed for collective behaviors.» Robotics and Autonomous Systems 62.7 (2014): 966—975.
  41. ↑ A self-organizing thousand-robot swarm (англ.). Harvard School of Engineering and Applied Sciences (14 августа 2014). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  42. ↑ From local interactions to global patterns in a swarm of kilobots (англ.). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  43. ↑ “Honeybee-like collective decision making in a Kilobot swarm”. Physical Review Research [англ.]. 2024-08-12. Дата обращения 2025-11-03.
  44. ↑ The reality gap in multi-robot simulations of ant-inspired tandem running (англ.). bioRxiv. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  45. ↑ Swarm robotics: a state-of-the-art review (англ.). Frontiers in Robotics and AI. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  46. ↑ Turgut, Ali E., и др. «Kobot: A mobile robot designed specifically for swarm robotics research.» Middle East Technical University, Ankara, Turkey, METUCENG-TR Tech. Rep 5 (2007)
  47. ↑ Turgut, Ali E., и др. «Self-organized flocking in mobile robot swarms.» Swarm Intelligence 2.2-4 (2008): 97-120.
  48. ↑ An extendable heterogeneous swarm robotic platform (англ.). METU Open Access (январь 2022). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  49. ↑ Mona Robot (англ.). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  50. ↑ Mona robot's basic functions and test code in Arduino: MonaRobot/Mona-Platform (англ.). GitHub (31 августа 2019). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  51. ↑ Arvin, Farshad, и др. Arvin, Farshad; Espinosa, Jose; Bird, Benjamin; West, Andrew; Watson, Simon; Lennox, Barry (2018). “Mona: an Affordable Open-Source Mobile Robot for Education and Research”. Journal of Intelligent & Robotic Systems [англ.]. 94 (3—4): 761—775. DOI:10.1007/s10846-018-0866-9.
  52. ↑ Arvin, Farshad, и др. «Perpetual Robot Swarm: Long-Term Autonomy of Mobile Robots Using On-the-fly Inductive Charging», Journal of Intelligent & Robotic Systems, 2017.
  53. ↑ A Robust Coordination Control Protocol for Formation Tracking (англ.). University of Manchester. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  54. ↑ “Robot swarm aggregation using an improved Beeclust method” [англ.]. Дата обращения 2025-11-03.
  55. ↑ Multi-Robot Systems Lab - Rice University, Houston TX. mrsl.rice.edu. Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 29 мая 2014 года.
  56. ↑ McLurkin, James, и др. «A low-cost multi-robot system for research, teaching, and outreach.» Distributed Autonomous Robotic Systems. Springer Berlin Heidelberg, 2013. 597—609.
  57. ↑ Mondada, Francesco, и др. «SWARM-BOT: A new distributed robotic concept.» Autonomous robots 17.2-3 (2004): 193—221.
  58. ↑ The SWARM-BOTS Project (англ.). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  59. ↑ The Swarmanoid Robot (англ.). IDSIA. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  60. ↑ Spiderino (англ.). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  61. ↑ Jdeed, Midhat, и др. Spiderino - a low-cost robot for swarm research and educational purposes (англ.). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  62. ↑ Energy Consumption of a Spiderino Robot-o (англ.). SCITEPRESS (2022). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  63. ↑ James McLurkin - Roboticist (англ.). Edubilla. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  64. ↑ iRobot SwarmBot: it's not just about floors anymore (англ.). Engadget (31 мая 2005). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  65. ↑ “Swarmanoid: A Swarm of Heterogeneous Robots for 3-D Environments” (PDF). IEEE Robotics & Automation Magazine [англ.]. 2013-12. Дата обращения 2025-11-03. Проверьте дату в |date= (справка на английском)
  66. ↑ The Swarmanoid Is An Effective, Large Robot Swarm (англ.). Forbes (16 августа 2011). Дата обращения: 3 ноября 2025.
  67. ↑ McLurkin, James, и др. Speaking Swarmish: Human-Robot Interface Design for Large Swarms of Autonomous Mobile Robots (англ.). AAAI Spring Symposium (2006). Дата обращения: 3 ноября 2025. Архивировано 5 января 2017 года.
  68. ↑ Acoustic swarm robots. GitHub. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  69. ↑ Creating Speech Zones Using Self-distributing Acoustic Swarms. acousticswarm.cs.washington.edu. Дата обращения: 3 ноября 2025.
  70. ↑ Robotic Acoustic Swarms: Shape-Changing Smart Speaker for Ultimate Audio Control in Any Room (англ.). SciTechDaily. Дата обращения: 3 ноября 2025.

Категории