Феромоны и робототехника.

Природа является одним из самых ценных источников вдохновения для исследователей, разрабатывающих новых роботов или вычислительные техники. За последние несколько десятилетий технологический прогресс позволил создавать все более сложные системы, воспроизводящие естественные процессы и явления, такие как поведение животных и биологические механизмы.

Исследовательская группа в Университете Манчестера недавно представила новый механизм поведения роя роботов. Ученых вдохновило использование феромонов среди популяций насекомых. Феромоны являются химическими веществами, которые животные и люди выпускают в окружающую их среду, и способные вызвать определенный набор поведенческих реакций у других животных.

Феромоны способны, например, предупредить других животных об опасной ситуации, очертить территорию или сигнализировать о присутствии пищи. В своей статье, опубликованной в журнале SAGE «Адаптивное поведение», исследователи попытались искусственно воспроизвести, использование феромонов социальными насекомыми, такие как муравьи, с целью достижения более эффективного общения между командами роботов.

«Нашей главной идеей была разработка био-ориентированной системы коммуникации на основе феромонов социальных животных», — рассказал Фаршад Арвин, один из исследователей, проводивших исследование. –«Мы хотели подражать тому, как муравьи высвобождают феромоны и последующему поведению. Мы используем разработанную систему в роевой робототехнике, и в настоящее время изучаем возможность ее тестирования в реальных условиях».

В прошлых исследованиях мы пытались создать системы искусственных феромонов, используя различные методы. Мы использовали алкоголь, радиометки RFID и свет как заменители химических веществ, естественным образом высвобождаемых животными. Одной из наиболее перспективных систем, разработанных до настоящего времени, является «COSΦ». Эта система использует свет для выделения феромонов у людей и животных. На базе «COSΦ» Арвин и его коллеги создали модель, описывающую распространение феромонов в пространстве и времени.

«Чтобы иметь реалистичную модель, мы должны были смоделировать все параметры реальных феромонов, такие как испарение и диффузия, а также учесть воздействие окружающей среды, например, скорость ветра», — пояснил Арвин. «Модель, которую мы предложили, является надежной и реалистичной, и может имитировать феромонную связь между насекомыми».

До сих пор исследователи тестировали свою систему искусственных феромонов.  Был проведен ряд экспериментов, в которых рой маленьких подвижных роботов перемещался и адаптировался к различным факторам окружающей среды. Результаты были весьма многообещающими, так как их система позволяла эффективно общаться и вызывала желаемое групповое поведение у членов роя.

«Мы разработали очень реалистичную модель системы феромонов и систематически исследовали влияние различных параметров в работе отдельных роботов и роя», — сказал Арвин. «Кроме того, наша работа представляет собой надежную, открытую экспериментальную установку, которая может быть использована для реализации более сложных моделей поведения, обычно наблюдаемых у социальных насекомых».

Эта система, созданная на основе феромонов, может получить множество возможных применений в области робототехники. Например, в будущем она может быть использована для улучшения связи между отдельными роботами в команде, которая завершает исследовательские миссии в отдаленных географических районах, в сложных условиях или при неблагоприятных погодных условиях.

«В настоящее время мы расширяем нашу систему в трех направлениях. Первое —  разработка альтернативных систем связи для использования в реальных сценариях, например, с использованием света или звука для передачи небольших пакетов данных в рое, второе — расширение системы дополнительными слоями феромонов, например, различными цветами и полосами пропускания, и, наконец, третье — исследование эволюционной системы роя, в которой отдельные участники со временем улучшают свое взаимодействие с феромоном», — пояснил Арвин.

Робототехника и биология становятся все ближе друг к другу. А значит, не за горами день, когда домен в зоне .bio будут регистрировать еще и инженеры.