Роботы-строители работают как настоящие термиты

Как роботы прикинулись термитами и построили дом

Как роботы прикинулись термитами и построили дом

Три робота строят замок из «кирпичей». Эта троица без всякого централизованного руководства способна построить самые замысловатые сооружения. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Наблюдения за сооружением монументальных термитников вдохновили ученых на создание специальных роботов-строителей. Эти роботы, подобно термитам, были лишены централизованного управления и руководствовались при этом простыми правилами поведения, актуальными «здесь и сейчас».

Роботы воспринимали присутствие других роботов и положение стопок строительных кирпичей и, умея манипулировать кирпичами, возводили требуемые постройки.

Так ученые показали, что сложные задачи возможно выполнить с помощью автономно действующих единиц, которые ориентируются в местной обстановке и снабжены одинаковыми простейшими правилами поведения.

Обратите внимание

Трое специалистов из Института Вайса Гарвардского университета сконструировали роботов, которые предназначались для строительства. Правда эти роботы больше напоминали игрушки, и должны были не столько возводить настоящие высотки, сколько показать возможности альтернативных систем управления.

Так выглядит робот-строитель. Его параметры 171112 см, вес 800 г, детали выполнены на 3D-принтере.

Вид сбоку: 1 — трехлучевые колеса, удобные для преодоления препятствий и для шагания по ступенькам вверх и вниз; 2 — хваталки кирпичей, которые поднимают кирпич из общей стопки и сгружают его на место; 3 — держалки для кирпичей; 4, 5 — инфракрасные сенсоры, распознают черное и белое, оценивают расстояние вверх и вниз; 6 — ультразвуковые сенсоры (эта система подсмотрена конструкторами у летучих мышей, а не у термитов). Три автономных моторчика приводят конструкцию в движение, заряда хватает на час-полтора. «Кирпич» размером 21,521,54,5 см и весом 200 г сделан из пенополиуретана с 16 неодимовыми магнитами по всем граням (8); форма приспособлена для хваталок робота (7, 9–11). Схема из дополнительных материалов к обсуждаемой статье

Эти миниатюрные роботы умели складывать строения из специальных кирпичиков, но их действия сильно отличались от работы всех предыдущих моделей. Представим себе процесс возведения дома.

Сначала архитектор делает чертеж, потом нанимаются рабочие, к ним приставляется знающий прораб, который способен прочесть чертеж и руководить рабочими.

Потом строительство начинается, рабочие в соответствии со своими навыками выполняют последовательные операции, прораб пытается оптимизировать процесс. Прочность и удобство здания зависит от талантов архитектора и опыта и совести прораба и исполнителей.

Но есть и другой способ что-то построить. Его реализуют общественные насекомые, например термиты. У них нет изначального плана, представленного главным термитом-архитектором, у них нет централизованного управления в лице прораба.

Есть только отдельные насекомые, которые выполняют простые строительные операции. Они руководствуются не приказами начальника, а простыми правилами поведения, соответствующими ситуации «здесь и сейчас».

Их действия полностью зависят от текущей обстановки, от того, какие операции выполняли их собратья на предыдущем этапе. Такой принцип координации действий называется стигмергическим (см. Stigmergy).

Важно

В результате у термитов получаются сооружения не менее величественные, чем человеческие небоскребы. Они создают их, несмотря на отсутствие продуманного плана и централизованного управления.

Термитники в пустыне напоминают города. Разные колонии термитов имеют свой «архитектурный стиль», который передается генетически (см.: N. Mizumoto, K. Matsuura, 2013. Colony-specific architecture of shelter tubes by termites); постройки очень крепкие, превосходно вентилируются, внутри поддерживается нужный терморежим. Фото с сайта www.outdoors.ru

Гарвардские конструкторы решили реализовать для своих роботов «термитный» способ строительства. Они лишили роботов централизованного управления от имени «Главного Компьютера», а вместо этого задали им набор простых правил поведения. Эти правила диктовались исходя из текущей обстановки: присутствия других роботов, расположения уже уложенных кирпичиков.

Также у этих роботов имелись жестко закрепленные, «инстинктивные», навыки и правила. Они могли брать, поднимать и опускать кирпичи, ползти вперед и назад, поворачивать и поворачиваться вокруг своей оси, залезать на одну ступеньку вверх и спускаться на одну ступеньку вниз. Двигались они только по часовой стрелке, чтобы не создавать «пробки» на дороге.

Также им не разрешалось класть кирпичик, если справа и слева уже лежит по кирпичику: это правило было задано, чтобы не ограничивать маневренность робота, так как в этом случае робот не мог развернуться. Положить кирпич наверх можно только в том случае, если рядом есть ступенька; в противном случае робот не сможет слезть с башни.

Смогут ли роботы, снабженные этими правилами, построить дом?

Действия, которые запрещены роботам. A — если имеется промежуток, шириной в кирпич, то туда кирпич нельзя вставлять; в противном случае робот может застрять.

B — пристраивать кирпичи предпочтительно справа и слева от уже положенного первого кирпича (серый); в результате получаются линии. C — такого цикла получиться не может, так как в этом случае роботу придется вставлять кирпич в промежуток между двумя соседними.

D — такие высокие коридоры робот строить не может, так как застрянет на повороте. Схема из дополнительных материалов к обсуждаемой статье

Трем отлаженным роботам дали старт, и они принялись строить (процесс снят здесь). Роботы-строители ползали на своих трехлучевых ходилках, обходя аккуратно друг дружку, копошились вокруг стройки с кирпичами и без, взбирались по ступенькам и аккуратно спускались вниз, укладывали кирпичи в порядке, понятном только им, — и вот готова пирамида Чичен-Ица… а вот Эмпайр-стейт-билдинг.

Последовательные стадии строительства модели Эмпайр-стейт-билдинг. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Нужно подчеркнуть особо, что, в отличие от термитов, конструкторы задали своим роботам требуемый конечный результат. Он реализовывался набором координат в пространстве, которые должны быть заполнены кирпичами.

(Правду сказать, нам неизвестно, имеется ли у термитов представление о конечном результате.

Совет

) Если его не задавать, то у роботов получается ветвящаяся конструкция, этакий лабиринт расходящихся тропок… Его устройство зависит целиком от набора правил и запретов и от текущей обстановки (где и что уже построено).

Авторы отмечают, что такими принципами человек руководствуется при сооружении городов. Так или иначе, роботы обошлись без прораба, который бы указывал, кому и куда двигаться и кому и куда укладывать кирпич. Они справились с задачей, а требуемую конструкцию выстраивали каждый раз новым способом.

Такая система, как указывают ее создатели, проста: каждому роботу задан небольшой набор одинаковых правил поведения. Она обладает необходимой ситуационной гибкостью, а конечный результат всегда так или иначе достигается.

Важно, что система при этом лишена всех недостатков централизованного управления, когда приходится анализировать слишком большой объем информации и находить оптимальное решение одновременно для всех действующих элементов.

Такая система автономно действующих роботов открывает превосходную возможность для строительства объектов в труднодоступных районах или опасных ситуациях. Для ее реализации придется, правда, решить много технических задач, но всё же.

Кроме того, есть над чем поразмыслить теоретикам-философам: здесь и принципы централизованного и децентрализованного управления, и непредсказуемость суммы простых правил в сложных системах…

Елена Наймарк

Источник: https://xstyles.ru/novosti/event/891-kak-roboty-prikinulis-termitami-i-postroili-dom.html

Роботы-термиты продемонстрируют новый подход к строительству

Проект «TERMES», взявший свои истоки из Гарвардского университета, потребовал 4 года на создание масштабируемой системы искусственного интеллекта, которая состоит из довольно простых роботических механизмов.

Эти устройства в совокупности способны создавать сложные многоуровневые конструкции вроде пирамид, замков, башен.

Система построена таким образом, что маленькие роботы даже могут создавать себе временные лестницы из строительных блоков, что позволяет им подниматься вверх по конструкции.

Обратите внимание

Для создания модели данной системы была взята за основу не иерархическая структура современного подхода к работе человека, а принцип, который используют колонии муравьев-термитов. Каждая единица, принимающая участие в строительстве, работает сама по себе. Всё взаимодействие между «работниками »происходит лишь на базовом уровне. Этот факт наглядно демонстрирует представленное ниже видео:

Команда из Гарварда называет подобный тип взаимодействия как «stigmergy» или «неявная связь».

Все изменения окружающей среды в режиме реального времени находят отражения в действиях участников системы, внося коррективы в алгоритм их работы.

Роботы-термиты могут объединяться в рои, состоящие из нескольких единиц или даже сотен или тысяч. Все эти механизмы находятся в равных условиях и трудятся для конечной реализации одной задачи.

Централизованное управление, похожее на привычную систему «подчиненный-начальник», как это принято у человека, игнорируется термитами. Если робот ломается  — остальные продолжают независимо функционировать без его участия, что никак не скажется на качестве выполнения строительства. 

Всё, чем руководствуются механизмы — это 4 датчика и 3 привода. В задачи термитов входят перенос и установка блоков конструкции, а также создание собственной инфраструктуры, которая помогла бы им беспрепятственно добраться до любой точки сооружения без сторонней помощи. 

Читайте также:  Умные роботы-пылесосы для автоматической уборки офиса

«TERMES» мог бы произвести целую революцию в области строительства, а также при выполнении аварийных работ и борьбе с чрезвычайными ситуациями.

Самый простой пример — укрепление фасада здания для защиты от природных катаклизмов, а в самых далеких перспективах значится и освоение космического пространства для создания сооружений на Луне или Марсе.

Способность реагировать на окружающую среду автономно, а не ждать команды извне, могут сделать подобный проект по-настоящему востребованным для множества отраслей промышленности.      

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Источник: https://3dnews.ru/804220

Роботы действуют как термиты

Термиты возводят огромные постройки без единого плана и централизованного управления. Теперь ученые реализовали этот же принцип организации работ в сфере роботостроения.

Презентация проекта TERMES на сессии Американской ассоциации содействия развитию науки в Чикаго

Если человек задумал построить дом, он обращается к архитектору. Тот готовит проект, которым, после согласования с заказчиком, руководствуются подрядчик и строители.

Важно

Конечно, в ходе возведения здания все участники этого процесса постоянно поддерживают контакт друг с другом, консультируются и совместно решают возникающие проблемы, но в основе их деятельности лежит готовый архитектурный проект в форме детальных чертежей, а наличие строгой иерархии полномочий и ответственности позволяет централизованно управлять ходом строительства.

Информатики изучают термитов

Так это происходит у людей. Но в дикой природе реализуются иные подходы к возведению сложных инженерных сооружений.

Чрезвычайно интересным примером тут могут послужить термиты, говорит американский исследователь Джастин Уэрфел (Justin Werfel): “Термиты водятся и у нас, в Соединенных Штатах, однако здесь они известны больше как разрушители домов, пожиратели деревянных конструкций.

Но термиты, живущие в Африке и Австралии, являются строителями, причем воздвигают на удивление сложные постройки. Одни термитники имеют форму кактуса или готического собора с множеством башен, другие – форму гриба, третьи – форму обелиска. Самый большой из известных науке термитников достигает в высоту почти 13 метров”.

Термитник в Кении

Джастин Уэрфел работает в Гарвардской школе инженерных и прикладных исследований и в Институте бионики имени Висса (Wyss) при Гарвардском университете. Уэрфел – не энтомолог, а информатик. Тем не менее, он даже специально ездил в Намибию, чтобы там более детально изучить поведение термитов.

Проект TERMES

Пристальный интерес исследователя к этим насекомым вызван их способностью возводить сложные инженерные сооружения словно по наитию, без единого плана и без централизованного руководства.

“Вместо того чтобы обмениваться информацией друг с другом непосредственно, напрямую, термиты делают это косвенно, оставляя определенные сигналы в окружающей среде, понятные остальным, – поясняет ученый.

– После того как термит укладывает где-то комочек земли, он помечает его феромоном – веществом, которое он сам же секретирует с целью химической коммуникации с прочими представителями своего вида. В результате другой термит, оказавшийся в том же месте, знает, что и он должен положить сюда же свой комочек земли”.

Принцип децентрализованной, но высокоэффективной сборки построек Джастин Уэрфел, профессор Радхика Нагпал (Radhika Nagpal) и группа их коллег решили реализовать в сфере роботостроения.

Проект получил название TERMES. Он стартовал 4 года назад, теперь его результаты были представлены на ежегодной сессии Американской ассоциации содействия развитию науки в Чикаго и опубликованы в журнале Science.

Роботы действуют как термиты

Гарвардские специалисты сконструировали самоходных минироботов длиной 18, шириной 10 и высотой 12 сантиметров и массой 800 граммов и оборудовали их грейфером для захвата строительных блоков из пенополиуретана размером 22 на 22 на 5 сантиметров и массой 200 граммов.

Миниробот может: передвигаться вперед, назад и поворачиваться на месте; подниматься на ступеньку высотой в один строительный блок и спускаться с нее; захватывать блок, транспортировать его и укладывать прямо перед собой; регистрировать другие блоки и других минироботов в своем непосредственном окружении; а также определять свое местоположение относительно первого блока, заложенного в основание будущей постройки.

“Все роботы действуют независимо друг от друга, – рассказывает Джастин Уэрфел. – Они способны воспринимать лишь ограниченное количество информации и лишь о том, что происходит в непосредственной близости от них. Однако они координируют свои действия – примерно так же, как термиты”.

Правила поведения для роботов

Роботы подчиняются заранее заданному простому алгоритму, выбор которого зависит от того, какое здание информатики задумали возвести. “Если бы наши роботы складывали свои блоки бессистемно, они могли бы, например, сами себя замуровать, – поясняет Джастин Уэрфел.

Совет

– Поэтому мы наделили их правилами поведения. Скажем, поскольку робот может преодолеть вверх или вниз не более одной ступеньки, ему запрещено укладывать второй блок на уже имеющуюся ступеньку.

Правил немного, они разработаны с таким расчетом, чтобы роботы, во-первых, не создавали сами себе препятствия и, во-вторых, могли довести работу до конца”.

Гарвардским ученым удалось доказать – об этом свидетельствуют, в частности, и выложенные в Youtube видеоролики, – что роботы могут совместно выполнять сложные строительные работы, руководствуясь лишь сводом простых правил и действуя сам по себе, без централизованного управления. Хотя каждый робот работает параллельно с другими, он ничего не знает об их действиях. Это означает, что один и тот же нехитрый алгоритм годится и для пяти, и для пяти тысяч роботов.

Перспективы

Такая самоорганизующаяся и саморегулирующаяся система из множества индивидуально действующих единиц открывает совершенно новые технические возможности, говорит Джастин Уэрфел: “В очень отдаленной перспективе можно будет применять таких роботов для сборки строительных конструкций там, где использовать людей слишком опасно или сложно. На Марсе, например: можно отправить туда сначала роботов, чтобы к прибытию астронавтов станция была уже готова. Конечно, это дело далекого будущего. Но укладывать мешки с песком в случае наводнения такого типа роботы смогут уже года через два-три”.

Конечно, для использования вне стен университетской лаборатории, в условиях реальной жизни, роботы должны быть гораздо крупнее, а главное – надежнее и прочнее. Так что гарвардским ученым еще есть над чем поработать.

webhnd.com по следам dw.de

Источник: http://webhnd.com/meteosens/roboty-dejstvuyut-kak-termity/

Роботы-термиты реализуют проект без централизованной координации

Группа молодых ученых, а конкретно две очаровательных девушки и один юноша из Института Виза*, сотрудничающего с Гарвардом, создали мини-роботов, повторяющих сложное поведение термитов при постройке термитников.

Исходили из следующих предпосылок:

  • сооружения достаточно сложны
  • каждый участник процесса не обладает развитым интеллектом
  • весь проект не имеет генерализованной координации

В рамках исследования была смоделирована самоорганизующаяся роботизированная система, в которой поведение каждого робота укладывается в простейший набор условий и координируется с действиями других участников процесса. Проект саморегулируется на базе принципа «здесь и сейчас» за счет взаимной подстройки участников процесса в рамках определённых правил поведения. Словом, роботы сами «решают» какой блок куда класть.

*Сразу оговорюсь, что в российских СМИ исследовательский институт ошибочно называют «Институтом Вайса» — эта путаница в произношении проясняется на сайте самого института.

Vimeo: видео эксперимента.

Результаты любого успешно выполненного научного эксперимента могут иметь прикладное значение даже для областей, формально не связанных с предметом исследования. Напомним, что институт Виза разрабатывает материалы для медицины на основе технологического копирования функций и производственных процессов живых организмов.

Тем не менее, модель самоорганизующейсся системы, выполняющей сложный проект без чертежей, может представлять непосредственный интерес для специалистов в области управления проектами.

Остаётся только ждать, какие выводы из данного эксперимента сделают теоретики проектного менеджмента — выльется ли это в возникновение новой или пересмотр текущих методологий? Насколько возможно использовать ресурс самоорганизации при организации команд? В любом случае, с результатами данного эксперимента будет полезно ознакомиться руководителям, уверенным, что без их вмешательства команда разработки впадёт в неконтролируемую энтропию. Конечно, руководитель проекта является важной фигурой, однако, вероятно, можно разработать такую методологию, где эта роль будет выполняться «коллективным разумом» на основе определённого набора «правил игры» в текущей ситуации. Думаю, нетрудно догадаться, на какие из ныне существующих методологий это больше всего похоже — и сделать соответствующие выводы.

Читайте также:  Роботы способны будут помогать людям в ближайшем будущем

Ссылки:

Заглавная тема журнала Science – по ссылке можно найти дополнительные материалы и видео.
Журнал Science: Отчет, 14 февраля 2014
Статья на сайте BBC, 13 февраля 2014
Журнал Элементы: публикация в ру-нете

Больше по данной теме:

Habrahabr.ru – Летающие роботы строят башню,14 января 2012
Wikipedia – Групповая робототехника
Биомиметика (перевод статьи на сайте Inosmi)
Самоорганизация для работы над проектами: разработка в компании Valve

Справка:

Где: Институт Виза при Гарвардском университете. Исследовательский институт, создаёт “технологии, вдохновлённые природой” (Biologically Inspired Engineering) для внедрения в области медицины.

Источник: https://habr.com/post/213475/

Роботы-строители и их перспектива

Монументальные термитники — это сооружения, наблюдения за которыми вдохновили исследователей и ученых на создание уникальных в своем роде роботов-строителей. Данные роботы, как и термиты, не имеют централизованного управления.

При постройке такие роботы руководствуются достаточно простыми правилами поведения, которые актуальны «только сейчас и здесь».

Так, роботы воспринимают присутствие своих «собратьев» и положение элементов (строительных кирпичей), при этом они манипулируют кирпичами, возводя таким образом необходимые постройки.

Обратите внимание

Таким образом ученые хотят показать, что выполнение достаточно сложных задач возможно при помощью единиц, которые действуют совершенно автономно, ориентируются по местности и в обстановке, обладают одинаковыми для всех элементарными правилами поведения.

3-мя специалистами из Гарвардского университета были сконструированы уникальные роботы, предназначение которых — строительство. Созданные ими роботы скорее напоминают игрушки, задача которых не столько постройка настоящих высоток, сколько демонстрация возможностей использования альтернативных систем в процессе управления роботами.

Конструктивные особенности роботов

На фото выше представлен вид робота-строителя. Габариты данного устройства — 170 х 110 х 120 мм, масса — 800 г. Все детали устройства изготовлены на 3D-принтере. Конструктивно каждый робот-строитель состоит из следующих частей:

  1. Трехлучевые колеса, которые очень удобны для преодоления разного рода препятствий и для перемещения по ступенькам снизу вверх и наоборот;
  2. Специальные захваты, которые способны легко брать кирпич из стопки и класть его на нужное место;
  3. Держатель для кирпичей;
  4. Инфракрасные сенсоры, которые могут распознавать белое и черное, определять расстояние вниз и вверх;
  5. Ультразвуковые сенсоры (эту систему конструкторы «одолжили» у летучих мышей).

Три абсолютно автономных мотора приводят данную конструкцию в движение. Работать от аккумуляторной батареи робот может 1 — 1,5 часа. Строительные «кирпичи» имеют габариты 215 х 215 х 45 мм, массу — 200 г. Они сделаны из прочного пенополиуретана и имеют 16 мощных неодимовых магнита, которые расположены по всем граням кирпича, а форма приспособлена под захваты роботов.

Сам принцип постройки зданий основан на способе, который успешно реализован термитами. Эти насекомые не имеют какого-либо изначального плана постройки, который любезно предоставил главный термит-архитектор, также нет прораба — то есть централизованного управления.

Есть всего лишь отдельные жучки, которые все время выполняют несложные строительные операции. Они руководствуются элементарными правилами поведения, а не приказами начальника. Такой принцип координации всех действий и перемещения насекомых называется стигмергическим.

 

Пустынные термитники напоминают города. Все колонии термитов обладают своим неповторимым «архитектурным стилем», который достигается путем генетической передачи информации из поколения в поколение. Все термитники очень крепкие, имеют превосходную вентиляцию, которая позволяет поддерживать внутри необходимый терморежим.

Процесс строительства

Роботы способны проделать следующие манипуляции:

  • брать, поднимать и опускать специальные кирпичики;
  • ползти как вперед, так и назад;
  • поворачиваться вокруг своей оси и поворачивать налево или направо;
  • залезать на одну ступеньку вверх и спускаться на одну ступеньку вниз.

Результат старания насекомых — величественные сооружения, которые ничем не уступают построенным человеком небоскребам.

На рисунке выше показаны действия, которые запрещены роботам:

  • движение роботов происходит исключительно по часовой стрелке, что позволяет избежать проблем при передвижении других роботов, «пробок» на дороге;
  • роботам нельзя класть кирпич в том случае, когда слева или справа уже имеется по кирпичику (А). Это сделано для того, чтобы никак не ограничивать маневренность робота, поскольку в данном случае робот просто не мог бы развернуться;
  • пристраивать новые кирпичики необходимо слева и справа от заранее положенного кирпича (на рисунке он серого цвета), как в пункте В. Таким образом получаются «нормальные» линии;
  • нельзя допустить цикла, который изображен под пунктом С, поскольку в этом случае робот-строитель должен будет вставить кирпич в промежуток, который находится между двумя соседними строительными элементами;
  • класть строительный элемент наверх можно лишь тогда, когда рядом находится ступенька; если ступенька отсутствует, робот просто не сможет спустится с башни (D). Также постройка высоких коридоров запрещена роботам, поскольку они могут застрять на поворотах.

Система и ее перспективы

Необходимо отметить, что, в отличие от термитов, разработчики и конструкторы изначально задали роботам необходимый им конечный результат. Данный результат реализован при помощи набора пространственных координат, которые в последствии будут заполнены строительными элементами — кирпичиками.

Если конечного результата не задать, то роботы построят ветвящуюся конструкцию, лабиринт, состоящий из расходящихся в разные стороны тропок. Устройство такого лабиринта целиком зависит от набора запретов и правил для роботов и от существующей на данный момент обстановки, то есть от того, что и где уже построено.

Разработчики и авторы проекта отмечают, что такими-же принципами руководствуется и человек в процессе сооружении своих городов.

Эмпайр-Стейт-Билдинг. Последовательные стадии строительства данной модели

Важно

Как утверждают создатели, данная система очень проста, ведь каждому роботу-строителю присвоен небольшой набор абсолютно одинаковых поведенческих правил. Система обладает нужной гибкостью в разного рода ситуациях, при этом всегда достигается конечный результат.

Очень важно то, что такая система абсолютно лишена всех (а их не так уж и мало) недостатков при централизованном управлении, когда человеку необходимо проанализировать очень большой объем информации, найти оптимальное решение для всех задействованных элементов одновременно.

Система автономных роботов дает превосходную возможность строить разного рода объекты в опасных ситуациях или труднодоступных районах планеты.

Разработчики утверждают, что в недалеком будущем такие роботы-строители (естественно, намного больших размеров) обязательно займут свою нишу в строительном секторе и заменят тяжелую и опасную работу многих людей.

Дайте свою оценку данной статье

Загрузка…1/51

Источник: https://gridder.ru/technologies/roboty-stroiteli-i-ih-perspektiva/

Роботы-термиты учатся строить дома любой сложности « Gearmix

Термиты, которых обычно считают грозой деревянных конструкций, послужили вдохновением для создания новой разновидности строительных роботов. Эти автоматизированные машины, каждая размером с маленький кирпич, могут работать в команде и возводить структуры любой сложности без непосредственного управления или пошаговых инструкций.

Вместо коммуникации между собой или следования централизованным командам, роботы координируют свои действия, просто глядя на уже проделанную работу, и добавляя в неё свой вклад.

К примеру, первый робот кладёт кирпич, и уходит. Второй приходит на это место и видит расположение кирпича.

На основании этой информации, а также знания о конечном продукте, он решает положить второй кирпич поверх первого.

Такой децентрализованный метод строительства весьма схож с тем, которым настоящие термиты создают свои гигантские гнёзда.

Ведущий учёный проекта из Университета Гарварда Джастин Уэрфел и его коллеги хотят обучить этих роботов принципу стигмергии – процесса, в котором различные агенты коммуницируют непрямым образом, анализируя и модифицируя мир, который находится непосредственно вокруг них.

Совет

Каждый термит представляет собой довольно таки простой организм, но с помощью стигмергии колонии удаётся возводить фантастически сложные структуры. Поэтому команда начала с простого плана: Каждый робот должен иметь собственный простой мозг и сенсоры, и запрограммирован некоторыми «правилами передвижения», которым он должен подчиняться.

Сенсоры позволяют им видеть кирпичи и соседних роботов, а правила передвижения зависят от конечной структуры, которую необходимо возвести. Например, они не позволяют роботам размещать кирпичи там, где они могут легко обвалиться, или помещать кирпич туда, где он окажется сдавлен двумя соседними.

Каждый робот имеет около 20 сантиметров в длину и состоит из внутренних металлических частей и компьютерной начинки, а также компонент, напечатанных на 3D принтере. Кирпичи же сделаны так, чтобы роботам было проще карабкаться и укладывать их.

«В нашей системе каждый робот не знает, что делают другие, и сколько их вообще – и это не имеет никакого значения», объясняет Уэрфел.

Читайте также:  Несколько примеров профессий, с которыми успешно справляется искусственный интеллект

Главное отличие новых роботов от настоящих насекомых в том, что термиты не имеют видения желаемого конечного продукта.

Вместо этого их работа строится на элементе случайности; если им давать одно и то же место, колония каждый раз будет строить немного иную структуру. Но для создания дома роботам, разумеется, будет нужен конкретный чертёж.

Поэтому Уэрфел дал пользователям возможность загружать в роботов картинку желаемой конструкции, и затем они уже сделают всё от них зависящее, чтобы её построить.

По словам Уэрфела, такие команды легко программируемых роботов смогут работать там, где работа людей окажется слишком дорогой или опасной – например, под водой или на Марсе.

Источник: http://gearmix.ru/archives/9238

Роботы-термиты придут на стройки уже через несколько лет

09.11.2014

Зарубежные инновации

Американские ученые разрабатывают роботизированную децентрализованную систему строительства

Лаборатории CNN исследуют самые последние инновации по всему миру, чтобы продемонстрировать передовые проекты и новаторские исследования в области науки и техники.

Когда «зашоренность» — только плюс

Обычные — «человеческие» — строительные проекты разрабатываются централизованно и руководство их реализацией также ведется централизованно. При этом руководитель всегда в курсе всего, что происходит на объекте.

Однако многие представители животного мира, в частности, термиты, ведут свое строительство совсем по-другому. Они работают независимо друг от друга. Каждый термит в процессе работы реагирует лишь на ту ситуацию, с которой сталкивается конкретно он, не имея каких-то внешних «указаний», что делать. А в итоге они могут, например, соорудить насыпь гораздо большего объема, чем они сами.

— Они все делают исходя из того, как в целом меняется ситуация в окружающем пространстве, и это является непрямой координацией их действий, — поясняет Джастин Верфель из института бионических исследований Гарвардского университета (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering), США.

Обратите внимание

Верфель и его коллеги использовали эту модель децентрализованного, реагирующего на изменения окружающей обстановки («реактивного» в форме реакции на окружающие изменения обстановки) строительства для создания роботов, работающих по этому же принципу.

Роботы, которые ведут себя подобным образом, могут быть полезны для строительных проектов, которые были бы слишком опасны для человека, например, подводных исследовательских станций или в космическом пространстве.

Другое возможное применение — сооружение водозащитных дамб из мешков с песком в затапливаемых районах, считает Джастин Верфель.

Действительно, будь такие роботы уже реально в арсенале нашего МЧС, ущерба в затопленных из-за наводнений в минувшие годы районах было бы причинено намного меньше. Так что разработки Верфеля и коллег реально востребованы уже сегодня!

Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Science и представлены в прошлом месяце на Американской ассоциации содействия развитию науки.

Мал, да силен и удал

Эти роботы-термиты малы — ростом 4,7 дюйма (примерно 12 см), в проекции размером примерно 4 х 7 дюймов (10 х 17,5 см). Однако “кирпичики” из вспененного пенополиуретана, которыми они сегодня манипулируют в экспериментах, больше их самих: 8,5 х 8,5 х 2 дюйма (21,25 х 21,25 х 5 см).

Исследователи создали алгоритмы, определяющие поведение роботов, таким образом, чтобы они знали, что делать, когда они сталкиваются с конкретными ситуациями. Это не централизованный проект, который направляет роботов и управляет ими. Это лишь набор простых заранее установленных правил.

Само строительство начинается со своего рода «краеугольного кирпича» в конкретном месте. К нему роботы начинают пристраивать соседние элементы.

Важно

Эти «андро-термиты» могут двигаться вперед и назад, а также поворачиваться на месте. Они сконструированы так, что могут подниматься и опускаться на одну «ступень», высота которой соответствует высоте строительного блока.

Важно отметить, что эти роботы могут обнаруживать только те блоки и тех других роботов, которые находятся в непосредственной близости от них. При этом они не имеют представления, насколько далеко распространяется вся структура сооружаемого объекта и что делают роботы, находящиеся на значительном удалении от них.

— Роботы получают информацию о том, где были установлены блоки только путем прямого осмотра, — сообщают разработчики.

Они имеют четыре типа датчиков. Система распознавания образов, состоит из семи инфракрасных датчиков, она может обнаружить черные и белые узоры на блоках, что помогает «термитам» при навигации.

В дополнение к системе тактильной чувствительности роботы имеют и систему распознавания образов, а также акселерометр (чтобы ощущать угол наклона к горизонту), и пять ультразвуковых эхолотов для обнаружения других роботов и чтобы выдерживать расстояние до периметра строения.

Для того, чтобы передвигаться, роботы имеют специальные «колесные ноги», получившие в робототехнике название «whegs» (сокращенно от «wheel-legs», что на английском дословно означает «колесоноги»).

И на Марсе будут… роботы ползти

Разработчики считают, что децентрализованная система работы строительных «термитов» имеет некоторые преимущества по сравнению с традиционной планово-централизованной моделью строительства.

Например, если какая-то часть «робо-особей» погибнет, то в целом процесс строительства не останавливается, ибо в данном случае он не зависит от числа роботов-строителей. Децентрализованные системы вообще легко адаптируется к потере участников, утверждает Джастин Верфель.

Что, кстати, соответствует положению дел в природе у настоящих термитов. «Если, к примеру, половину колонии термитов съедает муравьед, то остальные продолжают свою работу и колония не погибает», говорит ученый.

Совет

Конечно, сегодня существует целый ряд технических проблем, которые не дают внедрить такую систему в жизнь прямо сейчас.

Но Верфель считает, что уже через несколько лет «роботы-термиты» смогут применяться для строительства определенных объектов в зонах бедствия.

Однако для более экзотических вариантов, например, строительных работ на других планетах, может потребоваться несколько десятилетий.

Тем не менее, вполне очевидно, что результаты этого исследования позволяют говорить о реальной возможности отправки роботов-строителей в предстоящую в не столь отдаленном будущем марсианскую экспедицию для строительства баз на этой планете.

Ведь первыми, кто начнет осваивать другие планеты, будут строители! Пусть даже роботы-строители…

Этот материал опубликован в ноябрьском номере Отраслевого журнала «Строительство». Весь журнал вы можете прочитать или скачать здесь.

Посмотреть, как работают экспериментальные строительные роботы-термиты можно в разделе «Видео» на нашем сайте.

Михаил ЗИБОРОВ
По материалам зарубежной печати

Источник: http://ancb.ru/publication/read/487

Японская компания заменит строителей роботами к 2025 году

Компания Taisei планирует использовать роботов-строителей под управлением ИИ. Пока это будут только испытания, но к 2025 году Taisei хочет запускать стройки, на которых все работы будут проводиться без участия живых строителей, рассказывает Nikkei Asian Review.

Японская строительная компания начала разработку системы, которая позволит машинам работать на строительной площадке самостоятельно. На первом этапе планируется обучить систему. Для этого все строительное оборудование оснастили сенсорами, которые будут следить за тем, как опытные операторы управляют техникой.

На этой основе будут обучаться алгоритмы, управляющие строительными роботами. После этого компания проведет серию виртуальных экпериментов, которая позволит определить, как автономная техника реагирует на изменяющиеся условия на строительной площадке.

Обратите внимание

Независимо от исхода этих виртуальных тестов уже на 2018 год назначено испытание системы на реальной строительной площадке.

Компания печатает титановые ключи, которые невозможно скопировать

Taisei уже разработала основы системы распознавания изображений. Она может опознавать людей, препятствия, обладает инструментами для прогнозирования направления движения рабочих и техники.

Это уже может помочь избежать опасных ситуаций, но в ходе тестов компания планирует усовершенствовать эту систему. Изначально технологии будут испытываться на машинах по уплотнению грунта, а затем на оборудовании для разрушения горной породы.

В дальнейшем это позволит автоматизировать и более сложную технику: бульдозеры, экскаваторы. Это сделает работу на стройке не только более точной, но и безопасной.

Строительная индустрия по большей части живет в прошлом. В ней давно не происходило никаких прорывов. Об этом говорили ученые на ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки в феврале этого года.

По их мнению, в отрасли пора внедрять строительных роботов, использовать математические модели при составлении архитектурных концепций и совершенствовать методы 3D-печати.

Эти технологии уже используются, но, скорее, в качестве исключения.

Дорожное полотно из пластика дешевле и прочнее асфальта

Недавно в МТИ показали работу роботизированного строительного 3D-принтера. Роборука смогла построить самое крупное сооружение, созданное машиной.

До этого мы писали об иркутском стартапе Apis Cor, который разработал строительный 3D-принтер. Устройство может напечатать небольшое здание площадью 37 кв. м за сутки.

Важно

Другой подход — использование роботов-каменщиков. Лучшие из них способны выкладывать до 1000 кирпичей в час.

Источник: https://hightech.fm/2017/05/11/taisei

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector