군 로봇 공학 (Swarm robotics)은 많은 수의 단순한 물리적 로봇으로 구성된 시스템으로서 여러 로봇의 조정에 대한 접근법입니다. 로봇과 환경 사이의 상호 작용과 로봇의 상호 작용에서 원하는 집단 행동이 발생한다고 가정합니다. 이 접근법은 곤충, 개미 및 자연에서 떼짓 행동이 발생하는 다른 분야의 생물학적 연구뿐만 아니라 인공 털 지능 분야에서 나타났습니다.
정의
군 로봇 공학에 대한 연구는 로봇의 설계, 물리적 인 물리적 몸체 및 제어 행동을 연구하는 것입니다. 그것은 떼 지능 (swarm intelligence)이라고 불리는 사회 곤충에서 관찰 된 응급 행동에 의해 영감을 받지만 제한적이지는 않습니다. 상대적으로 단순한 개별 규칙은 복잡한 일련의 집단 행동을 생성 할 수 있습니다. 핵심 구성 요소는 그룹 구성원간에 일정한 피드백 시스템을 구축하는 통신입니다. 집단 행동은 집단 전체의 행동뿐만 아니라 다른 사람들과 협력하여 개인의 끊임없는 변화를 포함합니다.
일반적으로 분산 로봇 시스템과는 달리 군 로봇 공학은 많은 로봇을 강조하고 예를 들어 로컬 통신 만 사용하여 확장 성을 촉진합니다. 예를 들어, 로컬 통신은 무선 주파수 또는 적외선과 같은 무선 전송 시스템에 의해 달성 될 수있다.
목표 및 응용 프로그램
소형화 및 비용은 군대 로봇 공학의 핵심 요소입니다. 이것들은 대규모 로봇 그룹을 구축하는 데있어서 제약 요소입니다. 따라서 개별 팀 구성원의 단순성을 강조해야합니다. 이것은 개인 수준이 아닌 떼 지어 수준에서 의미있는 행동을 달성하기 위해 득시글 득시키 적 접근을 유도해야합니다.
개별 로봇 레벨에서 단순함이라는이 목표에 대해 많은 연구가 이루어졌습니다. 시뮬레이션이 아닌 군단 로봇 공학 (Swarm Robotics) 연구에서 실제 하드웨어를 사용할 수있게 됨으로써 연구원은 더 많은 문제를 만나고 해결할 수 있으며 군 집단 연구의 범위를 넓힐 수 있습니다. 따라서 Swarm 지능 연구를위한 간단한 로봇 개발은이 분야에서 매우 중요한 부분입니다. 목표에는 개별 로봇의 비용을 낮게 유지하여 확장 성을 허용하여 군대의 각 구성원이 자원을 덜 필요로하고 전력 / 에너지 효율성을 높일 수있게하는 것입니다.
그러한 스웜 시스템 중 하나는 실외 로봇 로봇을 위해 제작 된 저렴한 로봇을 포함하는 LIBOT 로봇 시스템입니다. GPS 센서는 건물 내부의 통신 상태가 좋지 않기 때문에 로봇은 Wi-Fi를 통한 실내 사용을위한 조항도 만들어졌습니다. 또 다른 시도로는 영국 링컨 대학교 (University of Lincoln) 컴퓨터 정보 연구소 (Computer Intelligence Lab)에 내장 된 마이크로 로봇 (Colias)이있다. 이 마이크로 로봇은 4cm 원형 섀시를 기반으로하며 다양한 Swarm Robotics 애플리케이션에 사용하기위한 저가의 개방형 플랫폼입니다.
장점과 단점
가장 많이 인용되는 혜택은 다음과 같습니다.
보다 광범위한 적용 범위를위한 저렴한 비용;
이중화 용량 (장애, 막힘 등으로 인해 로봇 중 하나가 고장난 경우 다른 로봇이 작업에서 문제를 해결하거나 교체 할 수 있습니다).
넓은 지역을 커버하는 능력. Duarte & al. 예를 들어, 2014 년에 (Lampedusa 섬의 경우에 적용된 시뮬레이션을 통해) 기지에서 바다에 분산 된 1000 마리의 작은 수중 호흡기가 24 시간 이내에 20km의 해상 밴드에 대한 감시 보고서를 작성할 수 있음을 보여주었습니다.
현재까지 로봇의 덩어리는 상대적으로 단순한 작업 만 수행 할 수 있으며 에너지를 필요로하는 경우가 많습니다. 더 일반적으로, 자연과 다른 기원의 로봇을 연관 시키려 할 때 상호 운용성의 어려움은 매우 제한적입니다.
등록 정보
대부분의 분산 로봇 시스템과는 달리, 군대 로봇 공학은 다수의 로봇을 요구하고 스케일링을 촉진합니다 (예 : 적외선 또는 무선의 형태로 지역 통신 사용).
이러한 시스템은 적어도 다음 세 가지 특성을 가질 것으로 예상됩니다.
견고성 (robustness) : 특정 개인의 실패 및 / 또는 환경에서 발생할 수있는 변화에도 불구하고 떼 지어 계속 기능 할 수 있음을 의미합니다.
유연성은 수행 할 과제에 적합한 솔루션을 제안 할 수있는 능력을 의미한다.
“크기 조정”, 즉 떼는 크기에 관계없이 특정 최소 크기에서 작동해야 함을 의미합니다.
군대에서 군대 로봇 시스템 인 Sahin (2005)과 Dorigo (2013)에 따르면 :
각 로봇은 자율적입니다.
로봇은 대개 이웃 데이터를 기준으로 상대적 위치 지정 (상대 위치 지정)과 때로는 지구 환경에서 자신을 찾을 수 있습니다. 일부 시스템이이 데이터없이 수행하려고해도 말입니다.
로봇이 행동 할 수 있습니다 (예 : 환경 수정, 다른 로봇과의 협조).
로봇 간의 탐지 및 통신 기능은 로컬 (측면) 및 제한적입니다.
로봇은 중앙 집중식 제어 장치에 연결되지 않습니다. 그들은 그들이 협력하는 체제에 대한 세계적 지식을 가지고 있지 않다.
로봇은 주어진 작업을 수행하기 위해 협력합니다.
신흥 현상 글로벌 행동이 나타날 수 있습니다.
응용 프로그램
군 로봇 공학의 잠재적 인 응용 분야는 많습니다. 마이크로 머신 또는 인체에서 분산 된 감지 작업과 같이 소형화 (나노 로봇, 마이크로 로봇)가 필요한 작업이 포함됩니다. 군 로봇 공학의 가장 유망한 용도 중 하나는 재난 구조 임무입니다. 적외선 센서를 통해 생명체의 존재를 감지하기 위해 구조 대원들이 안전하게 도달 할 수없는 곳으로 크기가 다른 로봇의 무리를 보낼 수 있습니다. 반면에, 군 로봇 공학은 광업 또는 농업용 포식 작업과 같은 값싼 설계를 요구하는 작업에 적합 할 수 있습니다.
더 논쟁의 여지가 있지만 군대 로봇의 집단은 자치 군대를 형성 할 수 있습니다. 미 해군은 자체적으로 조종하고 공격 할 수있는 자치주의 보트를 시험했습니다. 보트는 무인이며 적 선박을 저지하고 파괴 할 수있는 모든 종류의 장비를 장착 할 수 있습니다.
대부분의 노력은 비교적 작은 그룹의 기계에 초점을 맞추고 있습니다. 그러나, 1,024 개의 개별 로봇으로 구성된 떼는 2014 년 하버드에 의해 시연되었으며 현재까지 최대 규모입니다.
또 다른 대규모 응용 프로그램은 마이크로 에어 차량의 스웜 (swarm)을 사용하여 해결할 수 있으며, 현재는 광범위하게 조사되고 있습니다. 실험실 조건에서 정확한 모션 캡쳐 시스템을 사용하는 비행 로봇의 붐에 대한 선구자 연구와 비교하면 슈팅 스타와 같은 현재 시스템은 GNSS 시스템 (예 : GPS)을 사용하여 야외 환경에서 수백 대의 마이크로 공중 차량 팀을 제어하거나 안정화 할 수 있습니다 GPS를 사용할 수없는 온보드 현지화 시스템을 사용합니다. 마이크로 항공 차량의 군대는 이미 소형 감시 시스템에서 자율 감시, 기둥 추적 및 정찰 작업으로 테스트를 마쳤습니다. 무인 지상 및 공중 차량의 협동 조합에 대한 수많은 연구가 협조 환경 모니터링, 호송 보호, 이동 대상 지역화 및 추적의 적용 대상으로 수행되었습니다.
드론 디스플레이
무인 항공기 디스플레이는 일반적으로 야간에 여러 개의 조명이 장착 된 무인 항공기를 예술적으로 사용합니다.
대중 문화에서
디즈니의 빅 히어로 (Big Hero)의 주요 하위 플롯에는 마이크로 로봇의 덩어리를 사용하여 구조물을 형성하는 것이 포함되었습니다.
연구
그들은 다음과 같은 많은 주제를 다룹니다.
소프트웨어 및 소프트웨어 향상;
로봇 자체를 개선합니다. 2010 년 로잔 (스위스) 연구원 2 명은 로봇을 개발하기 위해 다윈 (적응) 선택으로부터 영감을 얻으려고 제안했다.
물체와 해류의 동력학 연구를 위해 3 차원 (공중 무인 항공기를위한 공중에서, 또는 수중 로봇 무리에서의 수중)으로 진화하는 능력;
서로 또는 다른 유형의 로봇과 협력 할 수있는 능력을 향상시킵니다.
(초음파 추적의 최근 개발과 같은 다른 방법이 존재하더라도 체계적인 방법으로 떼짓 행동을 연구하기 위해서는 비디오 추적이 필수적입니다.) 설계 및 신뢰할 수있는 예측에 적합한 방법론을 수립하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다. 개인의 특성 만이 알려질 때 떼 짓는다.);
하향식 및 상향식 접근 방식의 장단점을 비교합니다.