Учёные заставили тысячу роботов двигаться как живой организм — одними формулами

Учёные предложили новый подход к управлению коллективами роботов , который способен продвинуть вперёд развитие рояльного интеллекта — направления искусственного интеллекта, вдохновлённого поведением птиц, рыб и пчёл. Такая координация может сыграть важную роль в спасательных миссиях, наблюдении за природными катастрофами и других сферах, где требуется быстрое и слаженное взаимодействие без централизованного управления.

В природе подобные механизмы демонстрируют удивительную эффективность и устойчивость. Птицы собираются в стаи для поиска пищи, рыбы выстраиваются в косяки, спасаясь от хищников, а пчёлы образуют рой при размножении колонии. Воспроизвести эту самоорганизацию в робототехнике долгое время не удавалось: искусственные рои оставались слишком инертными и не могли действовать так же свободно. Как отмечает Матан Ях Бен Сион из Университета Радбауд, одной из главных проблем было отсутствие децентрализованного механизма управления , способного объединять автономных роботов в целостную систему.

В рамках нового исследования была предложена простая геометрическая модель, работающая по принципу зарядов. Учёные ввели параметр под названием кривизна — внутреннее свойство, которое заставляет робота изменять траекторию движения под действием внешней силы. Каждому устройству присваивается положительное или отрицательное значение этой величины, и от этого зависит, будет ли оно притягиваться к соседям или, напротив, отталкиваться. В результате группа способна выстраиваться в стаи, потоки или кластеры без внешнего контроля. По словам Стефано Мартиниани из Нью-Йоркского университета, именно кривизна задаёт форму коллективного поведения и позволяет управлять им на уровне элементарных правил.

Эксперименты показали, что новая схема работает не только для парных взаимодействий, но и при масштабировании до тысяч роботов. Причём принцип можно встроить прямо в механический дизайн устройства, а не программировать через сложные алгоритмы. Это открывает возможность перевести задачу управления роем из области программного обеспечения в сферу материаловедения и инженерной конструкции.

Перспективы применения впечатляют. Геометрические правила с параметром кривизны могут использоваться как в промышленных или логистических роботах, так и в микроустройствах, предназначенных для доставки лекарств внутри организма. Простота реализации делает этот подход удобным для внедрения в физические системы без необходимости мощных вычислительных ресурсов.

Развитие рояльной робототехники идёт быстрыми темпами. В апреле компания H2 Clipper получила патент на использование коллективов роботов в аэрокосмическом производстве, а группа инженеров из Пенсильвании предложила децентрализованную стратегию, где миниатюрные машины выстраиваются в сложные структуры, реагируя только на ближайшее окружение. Новый параметр кривизны продолжает эту линию и задаёт ещё один путь к созданию роев , сопоставимых по гибкости и устойчивости с природными.