Природа является одним из наиболее ценных источников вдохновения для исследователей, разрабатывающих новых роботов и вычислительные техники. За последние несколько десятилетий технический прогресс позволил создать все более сложные системы, воспроизводящие естественные процессы и явления, такие как поведение животных и биологические механизмы.
Исследовательская группа в Университете Манчестера недавно представила новую технику для роботизированных приложений роя, вдохновленную использованием феромонов среди популяций насекомых. Феромоны — это химические вещества, которые животные и люди выпускают в окружающую среду, которые могут вызывать определенный набор поведения у других животных.
Например, выброс феромонов может спровоцировать брачное поведение , предупредить других животных об опасной ситуации, очерчивать территорию или сигнализировать о наличии пищи. В своей статье, опубликованной в журнале SAGE « Адаптивное поведение» , исследователи попытались искусственно воспроизвести, как социальные насекомые, такие как муравьи, используют феромоны с целью достижения более эффективного общения между командами роботов.
«Наша основная идея заключалась в разработке системы коммуникации, основанной на биологических мотивах, на основе систем связи с феромонами социальных животных», — сказал TechXplore Фаршад Арвин, один из исследователей, проводивших исследование. «Более конкретно, мы хотели подражать тому, как муравьи выпускают феромоны и последующее поведение. Мы используем разработанную систему в приложениях робототехники роя, и сейчас мы изучаем возможность тестирования ее в реальных условиях».
В прошлых исследованиях пытались создать системы искусственных феромонов, используя различные методы, например, с использованием спирта, меток RFID и света в качестве заменителей химических веществ, естественным образом выделяемых животными. Одна из наиболее многообещающих систем, разработанных до настоящего времени, — это COSΦ, система, использующая свет для эмуляции высвобождения феромонов у людей и животных.
Арвин и его коллеги разработали систему на основе COSΦ, в которой также используется модель, описывающая, как феромоны распространяются в пространстве и во времени. Эта модель черпает вдохновение в том, как жидкость или жидкость текут в природе.
«Чтобы получить реалистичную модель системы с феромонами, мы должны были смоделировать все параметры реальных феромонов, такие как испарение и диффузия, и рассмотреть воздействие на окружающую среду, такое как воздействие ветра», — объяснил Арвин. «Модель, которую мы предложили, является надежной и реалистичной моделью, которая может имитировать связь феромонов между насекомыми».
До сих пор исследователи оценивали свою систему искусственных феромонов в серии экспериментов, в которых рой маленьких мобильных роботов перемещался и адаптировался к различным факторам окружающей среды. Их результаты были очень многообещающими, так как их система обеспечивала эффективную коммуникацию и вызывала желаемое групповое поведение среди членов роя.
«Мы разработали очень реалистичную модель системы с феромонами и систематически исследовали влияние различных параметров на производительность отдельных роботов и рой», — сказал Арвин. «Кроме того, в нашей статье представлена надежная экспериментальная установка с открытым исходным кодом, которую можно использовать для реализации более сложных форм поведения, обычно наблюдаемых у социальных насекомых».
Эта система, вдохновленная феромонами, может иметь множество возможных применений в области робототехники. Например, в будущем его можно было бы использовать для улучшения связи между отдельными роботами в команде, выполняющей разведочные миссии в отдаленных географических районах, в сложных условиях или в неблагоприятных погодных условиях.
«В настоящее время мы расширяем нашу систему в трех направлениях: (1) разработка альтернативных систем связи для использования в реальных сценариях, например, использование света или звука для передачи небольших пакетов данных в рое, (2) расширение системы с дополнительными уровнями феромоны, например, разные цвета и полосы пропускания, и (3) исследование эволюционной системы роя, где люди улучшают свое взаимодействие с феромоном с течением времени », объяснил Арвин.