Выявление проблем, характерных для коллективной работы роботов. Ознакомление с их элементной базой и архитектурой. Приведение примеров систем, реализующих коллективное поведение. Рассмотрение многоагентных систем, имитационных моделей, роевых алгоритмов.
Не будучи скованным страничными ограничениями формата публикации, сюда добавлены некоторые дополнительные материалы, иллюстрации и рассуждения. Идея создания сложной системы, состоящей из множества сравнительно простых устройств, всегда была привлекательна. Действительно, решение сложной задачи "простыми" с технической точки зрения средствами, появление "сверхорганизма" ознаменовало бы явную ступень в эволюции технических объектов.Ожидается, что роботы SWARMBOT смогут объединяться в группы численностью до десяти тысяч и выполнять такие задачи, как, например, поиск мин, исследование неизвестных территорий (в том числе на других планетах), обнаружение вредных веществ и пр. В частности, был реализована задача, в которой коллектив из колесных роботов, летающего робота-разведчика и манипуляционного робота (рис.1, б) совместными усилиями находили объект (книгу) и манипулировали с ним. Роботы могли «эволюционировать» изза того, что каждый робот был оснащен искусственной нейронной сетью контролируемой бинарным «геномом». Имеется центральное устройство управления, куда поступает полученная роботами информация и которое управляет роботами, причем основным режимом работы является управление роботами оператором. Самое удивительное, что в качестве иллюстрирующих примеров чаще всего используется схема, в которой роботы, способные к выполнению одного из двух действий, согласуют свои действия, выбирая такое, которое выполняет большинство его соседей.Итак, анализируя результаты исследований в области коллективного поведения роботов, можно сделать вывод о том, что остается много нерешенных вопросов как технического, так и теоретического характера. Отсутствует общая методология решения задач, возникающих при групповом управлении роботами, особенно в динамической среде, в условиях неполноты и противоречивости информации, меняющихся целей и задач. Пожалуй, единственной попыткой построения общих методов построения коллективов роботов является теория многоагентных систем, однако теория МАС опирается прежде всего на сценарные описания со всеми вытекающими из этого проблемами и слабостями. Важнее отличать задачи группового поведения от коллективного, если под коллективом понимать совокупность особей (агентов, роботов), объединенных общими целями, интересами и, возможно, потребностями. Коллектив вряд ли окажется большим, но для той же теории многоагентных систем количество членов коллектива несущественно.
Вывод
Итак, анализируя результаты исследований в области коллективного поведения роботов, можно сделать вывод о том, что остается много нерешенных вопросов как технического, так и теоретического характера. В целом это направление выглядит как множество разрозненных фрагментов, зачастую не связанных друг с другом. Среди основных открытых вопросов выделим следующие.
Отсутствие единого подхода к проблеме коллективного поведения роботов. Всякий раз решаются лишь отдельные, частные задачи. Отсутствует общая методология решения задач, возникающих при групповом управлении роботами, особенно в динамической среде, в условиях неполноты и противоречивости информации, меняющихся целей и задач. Пожалуй, единственной попыткой построения общих методов построения коллективов роботов является теория многоагентных систем, однако теория МАС опирается прежде всего на сценарные описания со всеми вытекающими из этого проблемами и слабостями.
Применимость языковых (сценарных) подходов. Фактически, задание сценариев действий роботов в коллективе - это своего рода искусственная алгоритмизация деятельности роботов-агентов. Сейчас на практике лучше всего реализуются жесткие алгоритмы взаимодействий. Применимость же методов адаптации и самообучения, динамического изменения целеполагания, критериев оценок и проч. - все это весьма проблематично в условиях отсутствия общей конструктивной теории коллективного поведения.
Терминологические проблемы. Это весьма важный и тонкий момент. Дело даже не в том, что иногда под видом коллективного поведения речь идет не более, чем о распределенных технических системах. Важнее отличать задачи группового поведения от коллективного, если под коллективом понимать совокупность особей (агентов, роботов), объединенных общими целями, интересами и, возможно, потребностями. Важно также понимать возможные формы и пути развития коллектива. Например, развитие от коллектива до организации.
Элементная база. И здесь вопрос остается открытым. С одной стороны, имеются технологии производства дешевых миниатюрных роботов. И это - фундамент для групповой робототехники, которой важно наличие большого количества роботов. Однако смогут ли здесь возникнуть системные эффекты - неясно, т.к. повторим, объекты биологической природы очень сложны (не исключено, что эти системные эффекты возникают у насекомых уже на уровне их собственного устройства).
Возможно также, что приемлемыми окажутся имеющиеся технологии создания сложных роботов (интеллектуальных), основанных на реализации центральных моторных программ, механизмов их психической организации и проч. Коллектив вряд ли окажется большим, но для той же теории многоагентных систем количество членов коллектива несущественно.
Видимо, наиболее привлекательным направлением создания систем коллективного поведения все же является "естественный", эволюционный путь развития. Однако пока не определены условия, при которых эволюционный процесс идет путем создания коллективов, пока не ясно даже то, каким образом формируется функция качества для роевого организма (критерий вида "выжила популяция - хорошо, вымерла - плохо" не в счет). Не ясно, как создать условия для появления новых свойств и образования сверхорганизма.
Все это приводит к тому, что сейчас речь идет в лучшем случае именно о создании коллективных систем для решения конкретных очень частных задач, а не их - систем - образовании. Сейчас мы имеем лишь множество натурных и полунатурных моделей, решающих с разной степенью успеха некоторые частные задачи из области коллективного поведения. Причем задачи эти решаются очень фрагментарно. Особенно это касается роевых алгоритмов, когда из общего поведенческого контекста берутся отдельные внешние проявления и механизмы.
И последнее субъективное замечание. Складывается впечатление (судя, по крайней мере, по отечественным работам), что в области коллективного поведения роботов имеется некий дисбаланс: упор делается либо на аппаратную часть, либо на сугубо модельную. Это несколько напоминает ситуацию в интеллектуальной робототехнике, когда специалисты по ИИ полагают, что предлагаемые ими методы будут столь же успешно работать на реальном «железе», как и в модели, а «классические» робототехники столь же наивно полагают, что если к их аппаратуре добавить какую-нибудь интеллектуальную систему управления, то получится интеллектуальный робот. коллективный робот поведение имитационный
[Александров и др., 2011] Александров В.А., Кобрин А И. Архитектура мобильного робота - элемента программно-аппаратного комплекса для исследования алгоритмов группового управления // "Журнал радиоэлектроники" N 5, 2011
[Бернштейн, 1997] Бернштейн Н.А. Биомеханика и физиология движений. Избранные психологические труды. Под ред. В.П. Зинченко. Москва-Воронеж: 1997. 608с.
[Варшавский и др., 1984] Варшавский В.И., Поспелов Д.А. Оркестр играет без дирижера: размышления об эволюции технических систем и управления ими. -М.:Наука, 1984, -208с.
[Гаазе-Раппопорт и др, 1987] Гаазе-Раппопорт М.Г., Поспелов Д.А. От амебы до робота: модели поведения. -.:Наука, 1987, - 288 с.
[Городецкий, 2010] Городецкий В.И. Коллективное поведение автономных агентов (с приложением к командной работе автономных подводных роботов) // СПИИ РАН, 2010 URL: http://space.iias.spb.su/share/Gorodetsky-teamwork.pdf
[Городецкий и др., 2011] Городецкий В.И., Серебряков С.В., Троцкий Д.В. Средства спецификации и инструментальной поддержки командного поведения автономных агентов // Изв ЮФУ. Технические науки № 3 (116). 2011 г. c 23-41
[Длусский, 1967] Длусский Г.М. Муравьи рода Формика -М.: Наука, 1967
[Добрынин и др., 2006] Добрынин Д.А., Карпов В.Э. Моделирование некоторых форм адаптивного поведения интеллектуальных роботов // Информационные технологии и вычислительные системы №2, 2006 с.45-56
[Добрынин и др., 2007] Добрынин Д.А., Карпов В.Э. Управление мобильным роботом на основе механизма центральных моторных программ // Вторая Международная конференция "Системный анализ и информационные технологии" САИТ-2007 (10-14 сентября 2007 г., Обнинск, Россия): Труды конференции. В 2 т. Т.1 -М.:Издательство ЛКИ, 2007. - 288 с., с. 24-28.
[Инстинкт толпы, 2007] Инстинкт толпы: от муравьев до людей, 2007 // Электронный ресурс: URL: http://www.ethology.ru/news/?id=393
[Каляев и др., 2009] Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Модели и алгоритмы коллективного поведения в группах роботов. -М.: Физматлит, 2009. -280 с.
[Карпенко и др., 2003] Карпенко Л.Д., Филиппович Д., Иветич В., Маклецова М.Г. Пластичность нейронных сетей в ЦНС виноградной улитки // Материалы Международных чтений, посвященных 100-летию со дня рождения члена-корреспондента АН СССР, акад. АН АРМССР Э.А.Асратяна, 30 мая 2003.
[Карпов и др., 2005] Карпов В.Э., Добрынин Д.А. Моделирование некоторых простейших форм поведения: от условных рефлексов к индуктивной классификации // Труды I международной конференции «Системный анализ и информационные технологии» САИТ-2005 (12-16 сентября 2005 г., Переславль-Залесский, Россия), М.: КОМКНИГА, Т.1, стр. 188-193.
[Карпов, 2007] Карпов В.Э. Импринтинг и центральные моторные программы в робототехнике //IV-я Международная научно-практическая конференция "Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте" (28-30 мая 2007 г.) Сб. научн. трудов, М.: Физматлит, 2007, 1, с.322-332.
[Карпов, 2010] Карпов В.Э. Эмоции роботов //XII национальная конференция по искусственному интеллекту с международным участием КИИ-2010 (20-24 сентября 2010 г., Тверь): Труды конференции, М.: Физматлит, 2010, 3, с.354-368.
[Карпов, 2011] Карпов В.Э. Коллективное поведение роботов. Желаемое и действительное //Современная мехатроника. Сб. научн. трудов Всероссийской научной школы (г.Орехово-Зуево, 22-23 сентября 2011) - Орехово-Зуево, 2011. - 132 с. сс.35-51.
[Луговской, 2007] Луговской В. "Распределенный мозг" муравьиной семьи // Наука и жизнь, №3, 2007
[МАККОННЕЛЛ, 2004] МАККОННЕЛЛ Дж. Основы современных алгоритмов. - М.: Техносфера, 2004. - 368 с.
[Павловский и др., 2002] Павловский В.Е., Кирикова Е.П. Моделирование управляемого адаптивного поведения гомогенной группы роботов // Искусственный интеллект. 2002, № 4, с. 596-605.
[Романов, 2007] Романов Ю. Чем воевать?..// "Компьютерра" №20 от 31 мая 2007. URL: http://offline.computerra.ru/offline/2007/688/320668/
[Стефанюк и др., 1967] Стефанюк В.Л., Цетлин М.Л. О регулировке мощности в коллективе радиостанций //Проблемы передачи информации. - 1967. - Т.3. - N.4. - С.59-67.
[Стефанюк, 2004] Стефанюк В.Л. Локальная организация интеллектуальных систем. -М.: Физматлит, 2004. - 328с.
[Цетлин, 1969] Цетлин М.Л. Исследования по теории автоматов и моделированию биологических систем. М.:Наука,1969. 316с.
[Штовба, 2003] Штовба С.Д. Муравьиные алгоритмы // Exponenta Pro. Математика в приложениях, 2003, №4с.70-75
[Churaman, 2010] Churaman Wayne A. "Novel Integrated System Architecture for an Autonomous Jumping Micro-Robot", M.S., University of Maryland, 2010 URL: http://drum.lib.umd.edu/bitstream/1903/10865/1/Churaman_umd_0117N_11519.pdf
[Cohen a.o., 1991] P. Cohen and H.J. Levesque. Teamwork. Nous, 35, 1991.
[Nissan, 2009] Nissan EPORO Robot Car "Goes to School" on Collision-free Driving by Mimicking Fish Behavior - Advanced Robotic Concept Debuts at CEATEC JAPAN 2009 - URL: http://www.nissan-global.com/EN/NEWS/2009/_STORY/091001-01-e.html
[Rybski a.o., 2001] Rybski, P.E.; Burt, I.; Dahlin, T.; Gini, M.; Hougen, D.F.; Krantz, D.G.; Nageotte, F.; Papanikolopoulos, N.; Stoeter, S.A.; "System architecture for versatile autonomous and teleoperated control of multiple miniature robots" Dept. of Comput. Sci. & Eng., Minnesota Univ., Minneapolis, MN, USA , 2001, 2917 - 2922 vol.3 ISSN: 1050-4729 Print ISBN: 0-7803-6576-3
[Tambe, 1997] M. Tambe. Towards Flexible Teamwork. Journal of Artificial Intelligence Research, 7, 1997, 83-124.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
