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适应环境,协同工作和推选领导这三件事,机器人已经学会了
时间:2017-09-15 08:41 作者:佚名 点击:

  一群小型机器人已经将团队合作提升到下一个层次,将他们的神经系统连接起来,并将它们合并成一个「大脑」。

  最新一期《自然通讯》上发表的一篇论文中描述了机器人及其「可调节的神经系统」。该技术允许一个全新的类机器人,它可以像中央处理器的机器人一样健壮,但也可以作为一组自我组装的机器来适应。

  论文合著者 Marco Dorigo 说,可移植的神经系统是一种「中间软件」,允许机器人在不失去自我组织的好处的情况下协调工作。

  

适应环境,协同工作和推选领导这三件事,机器人已经学会了

  Dorigo 是比利时科学研究基金的研究主管,也是布鲁西勒大学图书馆的人工智能实验室 Iridia 的联席主任。他和同事们设想,未来的机器人将会有一个特定的功能,将机器人单元连接在一起,形成独特的形状和大小来完成特定的工作。

  在实验室实验中,机器人合并,分开,重新连接到各种形状,每次保持它们的感官和运动功能。他们加入了机器人单元,这些机器人单元有一个特定的工具来完成任务,比如举起一块假砖,通过消除或替换一个失灵的大脑单元来自我修复。

  可调节的神经系统是机器人世界中最好的,机器人有一个中央控制器,它向机器的其他部分发送信号来控制马达,移动四肢或其他功能。例如,如果这些机器人中有几个在一起建造砖墙,你可以让一个负责运送水泥,另一个负责堆砌砖块。Dorigo 说,你知道谁应该负责,你可以编程电脑,让机器人做你想做的事。

  

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  如果你需要在这个过程中增加更多的机器人,来分类砖块或者混合水泥,机器人之间的交流就会变得更加复杂,信息之间的交流也会变得很困难。如果砖块堆垛机坏掉了,除非它被重新编程,否则这个停止器无法完成任务。整个系统很快就会崩溃。

  这些机器人可以连接起来,对它们的环境做出反应,并将权力委托给一个小组的单个成员。也可以添加新的机器人和合并组,如果机器人的领导者被损坏或者电池耗尽,其他的机器人可以选择一个新的领导者并继续执行任务。

  机器人也可以连接起来,这样它们就能完成自己无法完成的任务。研究小组演示了一个机器人,为了举起一块砖,必须与另一个手臂相连的机器人连接。

  

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  能够和谐工作的机器人并不少见,比如飞行无人机可以一起跳舞,重建阵型。Dorigo 说,不同之处在于,这些无人机经常以预先编程的方式运行,利用它们的能力来感知它们的位置。因此它们适应能力有限。

  而这些机器人可以通过连接创造一种神经系统,决定哪一个是大脑,这种安排使团队能够适应新的环境。在一段视频中,一个机器人停止运作,另一个机器人选择了新的领导者,机器人知道他们的领导已经停止工作了,因为它不承认来自其他人的信号。

  该论文第一作者 Nithin Mathews 说,这种装置之所以能起作用,是因为这些机器人都有一个与它们相连的其他机器人的内部地图,而这张地图看起来就像一棵层次分明的树。当领头机器人停止工作时,其他人可以看到它们在树上的位置,那些更接近「根」的人更有可能被选为领导。

  

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  此外,当两组机器人结合在一起时,第一组的领导者可以将其他机器人的内部地图转换成第二组的领导,放弃领导地位,成为现在更大的群体的一部分。

  Mathews 说部分灵感来源于黏菌,它们是简单的有机体,结合在一起,表现为一种超级有机体。这些机器人的工作方式类似。「黏液霉菌可以作为单一的身体聚集在一起,但神经系统却不见了,高阶动物的神经系统与单个大脑单元有关。我们想,『让这些世界在一起吧。』」

  虽然到目前为止使用的机器人非常简单,但成就表明,机器人可以接受训练,以适应新的环境。它们甚至可以由许多部分组成:想象一下,一个机器人正在使用一只手臂来捡起什么东西,手臂被损坏了,那个机器人可以去寻找新的肢体。

  「这就像一群人聚集在一起盖房子,」Dorigo 说,每个人都知道该做什么,但如果没有结构,没有等级,建造房子是很困难的。这些新机器人创造了他们自己的等级制度,他们选择一个人作为领导者,这可以指导其他人。

  模块化机器人有更大的灵活性,世界各地的一些研究团队已经证明了成群的机器人不是由中央大脑控制的,而是每一个都有计算机程序,允许它们组织和工作。这些系统更加健壮。如果一个机器人坏掉了,其他人就可以不需要重新编程就能完成这项工作。

  但他们也面临着自己的挑战。主要是每个机器人必须被编程,以便当它在一个群体中工作时,集体执行所需的任务。这是一件非常困难的事情。

  这些新机器人本质上是一群由 Wi-Fi 通信的模块化单元。当它们结合在一起时,它们将控制割让给接管整个生物体的一个单位。任何单位都可以成为大脑,他们如何放弃控制可以随机发生,也可以根据整体需要进行更多的指导。

  一旦连接起来,大脑单元就会发出高级指令,将集体神经系统传播到其他单位。如果一个高级的命令是针对某一个单位的,比如说 F 单元需要捡起一块砖,机器人自己的神经系统将命令转换为正确的动作。这使得编程更简单,并且需要更少的计算处理。

  在这个演示中,机器人通过在两个维度的地板上滚动来工作,它们之间的连接是刚性的。Dorigo 和团队想要将这项技术推进到具有柔性关节的机器人装置,并能在三维空间中自由移动。

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