الروبوتات الجماعية

علم الروبوتات الجماعية هو دراسة كيفية تصميم أنظمة روبوتية مستقلة دون تحكم مركزي. وينشأ سلوك التجمع في أسراب الروبوتات من خلال التفاعلات بين الروبوتات الفردية والبيئة المحيطة. ^{[ 1 ]} وقد انبثقت هذه الفكرة من مجال الذكاء الاصطناعي الجماعي ، بالإضافة إلى دراسات الحشرات والنمل وغيرها من المجالات الطبيعية التي يظهر فيها سلوك التجمع . ^{[ 2 ]}

يمكن لقواعد فردية بسيطة نسبيًا أن تُنتج مجموعة كبيرة من سلوكيات السرب المعقدة . ويُعدّ التواصل بين أعضاء المجموعة عنصرًا أساسيًا يُشكّل نظامًا للتغذية الراجعة المستمرة. ويتضمن سلوك السرب تغييرًا مستمرًا في سلوك الأفراد بالتعاون مع الآخرين، فضلًا عن سلوك المجموعة ككل.

يسترشد تصميم أنظمة الروبوتات الجماعية بمبادئ ذكاء الأسراب، التي تعزز تحمل الأعطال وقابلية التوسع والمرونة. ^{[ 1 ]} وعلى عكس أنظمة الروبوتات الموزعة عمومًا، تركز الروبوتات الجماعية على عدد كبير من الروبوتات. وبينما توجد صياغات متنوعة لمبادئ ذكاء الأسراب، تتضمن إحدى المجموعات المعترف بها على نطاق واسع ما يلي:

1. الروبوتات مستقلة.
2. يمكن للروبوتات التفاعل مع البيئة المحيطة وتقديم ملاحظات لتعديلها.
3. تمتلك الروبوتات قدرات إدراكية واتصالية محلية، مثل أنظمة الإرسال اللاسلكي ، مثل ترددات الراديو أو الأشعة تحت الحمراء . ^{[ 3 ]}
4. لا تستغل الروبوتات التحكم المركزي في الأسراب أو المعرفة العالمية.
5. تتعاون الروبوتات مع بعضها البعض لإنجاز المهمة المحددة. ^{[ 4 ]}

يُعدّ التصغير أيضاً عاملاً أساسياً في مجال الروبوتات الجماعية، حيث يمكن لتأثير آلاف الروبوتات الصغيرة أن يزيد من فعالية النهج الذكي الجماعي لتحقيق سلوك ذي معنى على مستوى المجموعة من خلال عدد أكبر من التفاعلات على المستوى الفردي. ^{[ 5 ]}

بالمقارنة مع الروبوتات الفردية، يمكن للسرب عادةً تقسيم مهامه الموكلة إليه إلى مهام فرعية؛ ^{[ 6 ]} كما أن السرب أكثر مقاومة للأعطال الجزئية وأكثر مرونة فيما يتعلق بالمهام المختلفة. ^{[ 7 ]}

بحسب موقع جوجل سكولار، ظهر مصطلح "روبوتات الأسراب" لأول مرة عام 1991، لكن الأبحاث المتعلقة بهذا المجال بدأت بالنمو في أوائل العقد الأول من الألفية الثانية. وكان الهدف الأولي من دراسة روبوتات الأسراب هو اختبار إمكانية استخدام مفهوم التفاعل غير المباشر (الاستباقية) كوسيلة للروبوتات للتواصل والتنسيق فيما بينها بشكل غير مباشر. ^{[ 5 ]}

كان مشروع SWARM-BOTS، الذي مولته المفوضية الأوروبية بين عامي 2001 و2005، من أوائل المشاريع الدولية في مجال الروبوتات الجماعية. استُخدم فيه سربٌ من الروبوتات يصل عدده إلى 20 روبوتًا، قادرة على الاتصال المادي المستقل ببعضها لتشكيل نظام تعاوني، لدراسة سلوكيات السرب، مثل النقل الجماعي، وتغطية المساحات، والبحث عن الأشياء. وقد أسفرت هذه الدراسة عن إثبات وجود فرق روبوتات ذاتية التنظيم تتعاون لحل مهمة معقدة، حيث تضطلع الروبوتات في السرب بأدوار مختلفة بمرور الوقت. ثم توسع هذا العمل من خلال مشروع Swarmanoid (2006-2010)، الذي وسّع نطاق الأفكار والخوارزميات المطورة في مشروع SWARM-BOTS لتشمل أسرابًا روبوتية غير متجانسة تتكون من ثلاثة أنواع من الروبوتات - الطائرة، والمتسلقة، والأرضية - والتي تعاونت لتنفيذ مهمة البحث والاسترجاع. ^{[ 5 ]}

تتعدد التطبيقات المحتملة لروبوتات الأسراب. ^{[ 8 ]} وتشمل هذه التطبيقات مهامًا تتطلب تصغيرًا ( الروبوتات النانوية ، والروبوتات الميكروية )، مثل مهام الاستشعار الموزعة في الآلات الدقيقة أو جسم الإنسان. ومن الاستخدامات الواعدة لروبوتات الأسراب مهام البحث والإنقاذ . ^{[ 9 ]} إذ يمكن إرسال أسراب من الروبوتات بأحجام مختلفة إلى أماكن يتعذر على فرق الإنقاذ الوصول إليها بأمان، لاستكشاف البيئة المجهولة وحل المتاهات المعقدة باستخدام أجهزة استشعار مدمجة. ^{[ 9 ]} كما يمكن ملاءمة روبوتات الأسراب للمهام التي تتطلب تصاميم منخفضة التكلفة، مثل التعدين أو رعي الأغنام في المزارع. ^{[ 10 ]}

أسراب الطائرات بدون طيار

تُستخدم أسراب الطائرات المسيّرة في البحث عن الأهداف، وعروض الطائرات المسيّرة ، والتوصيل. يُستخدم في عروض الطائرات المسيّرة عادةً عددٌ من الطائرات المسيّرة المضيئة ليلاً لعرض فني أو إعلاني. ويمكن لسرب طائرات التوصيل المسيّرة حمل عدة طرود إلى وجهة واحدة في المرة الواحدة، متجاوزًا بذلك قيود حمولة وبطارية الطائرة المسيّرة الواحدة. ^{[ 11 ]} وقد يتخذ سرب الطائرات المسيّرة تشكيلات طيران مختلفة لتقليل استهلاك الطاقة الإجمالي الناتج عن قوى السحب. ^{[ 12 ]}

قد يُؤدي استخدام أسراب الطائرات المسيّرة إلى ظهور مشكلات تحكم إضافية تتعلق بالعوامل البشرية ومُشغّل السرب. ومن أمثلة ذلك: ارتفاع مستوى الجهد الذهني والتعقيد عند التفاعل مع عدة طائرات مسيّرة نتيجةً لتغيّر تركيز الانتباه بين كل طائرة على حدة. ^{[ 13 ] [ 14 ]} كما يُعدّ التواصل بين المُشغّل والسرب جانبًا أساسيًا. ^{[ 15 ]}

أسراب مصغرة

يمكن حلّ مجموعة كبيرة أخرى من التطبيقات باستخدام أسراب المركبات الجوية الصغيرة ، والتي تخضع لدراسات واسعة النطاق في الوقت الحاضر. بالمقارنة مع الدراسات الرائدة لأسراب الروبوتات الطائرة باستخدام أنظمة التقاط الحركة الدقيقة في ظروف المختبر، ^{[ 18 ]} تستطيع الأنظمة الحالية، مثل Shooting Star، التحكم في فرق تضم مئات المركبات الجوية الصغيرة في البيئات الخارجية ^{[ 19 ]} باستخدام أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية (مثل GPS)، أو حتى تثبيتها باستخدام أنظمة تحديد المواقع المدمجة ^{[ 20 ]} في حال عدم توفر GPS. ^{[ 21 ] [ 22 ]} وقد تم بالفعل اختبار أسراب المركبات الجوية الصغيرة في مهام المراقبة الذاتية، ^{[ 23 ]} وتتبع أعمدة الدخان، ^{[ 24 ]} والاستطلاع في تشكيل مضغوط. ^{[ 25 ]} أُجريت العديد من الدراسات حول أسراب المركبات الأرضية والجوية غير المأهولة التعاونية، مع تطبيقات مستهدفة تشمل الرصد البيئي التعاوني، ^{[ 26 ]} والتحديد والتخطيط المتزامن ، ^{[ 27 ]} وحماية القوافل، ^{[ 28 ]} وتحديد وتتبع الأهداف المتحركة. ^{[ 29 ]}

أسراب صوتية

في عام 2023، عرض باحثون من جامعة واشنطن ومايكروسوفت أسرابًا صوتية من روبوتات صغيرة تُنشئ مكبرات صوت ذكية متغيرة الشكل. ^{[ 30 ]} يمكن استخدام هذه الروبوتات للتحكم في المشاهد الصوتية للتركيز على الأصوات أو كتمها من منطقة محددة في الغرفة. ^{[ 31 ]} في هذه الحالة، تتعاون الروبوتات الصغيرة فيما بينها باستخدام إشارات صوتية، دون الحاجة إلى كاميرات، للتنقل بشكل تعاوني بدقة تصل إلى مستوى السنتيمتر. تنتشر هذه الأجهزة السربية على سطح ما لتكوين مصفوفة ميكروفونات لاسلكية موزعة وقابلة لإعادة التشكيل. كما تعود هذه الروبوتات إلى محطة الشحن حيث يمكن إعادة شحنها تلقائيًا. ^{[ 32 ]}

كيلوبوت

ركزت معظم الجهود على مجموعات صغيرة نسبياً من الآلات. ومع ذلك، فقد عرضت جامعة هارفارد في عام 2014 سرباً من روبوتات كيلوبوت يتكون من 1024 روبوتاً فردياً، وهو الأكبر حتى الآن. ^{[ 33 ]}

ليبوت

ومن الأمثلة الأخرى على التصغير نظام الروبوتات LIBOT ^{[ 34 ]} ، وهو عبارة عن روبوت منخفض التكلفة مصمم للعمل ضمن أسراب الروبوتات في الهواء الطلق. كما تم تزويد هذه الروبوتات بإمكانية استخدامها داخل المباني عبر شبكة Wi-Fi، نظرًا لضعف اتصال مستشعرات GPS داخل المباني.

كولاياس

ومن المحاولات الأخرى في هذا المجال الروبوت الصغير (كولياس) ^{[ 35 ]} ، الذي تم بناؤه في مختبر الذكاء الحاسوبي بجامعة لينكولن في المملكة المتحدة. يُبنى هذا الروبوت الصغير على  هيكل دائري قطره 4 سم، وهو منصة مفتوحة المصدر ومنخفضة التكلفة للاستخدام في مجموعة متنوعة من تطبيقات الروبوتات الجماعية.

• الروبوتات النملية – حالة خاصة من الروبوتات الجماعية 
• الوكيل المستقل – نوع من الكيانات المستقلة في البرمجيات 
• الروبوتات القائمة على السلوك – فرع من فروع الروبوتات 
• سلوك التجمع (الأسراب) - سلوك أسراب الطيور أثناء الطيران أو البحث عن الطعام. صفحات تعرض أوصافًا موجزة لأهداف إعادة التوجيه 
• مادة رمادية لزجة – سيناريو افتراضي لنهاية العالم. صفحات تعرض أوصافًا مختصرة لأهداف إعادة التوجيه. 
• كيلوبوت
• قائمة التقنيات الناشئة – تقنيات جديدة قيد التطوير النشط 
• الروبوتات الدقيقة – فرع من فروع علم الروبوتات 
• نظام متعدد العوامل - نظام يتكون من عدة عوامل متفاعلة 
• الروبوتات النانوية – مجال التكنولوجيا الناشئة 
• تقنية النانو في الأدب الخيالي – الاستخدامات الخيالية لتقنية النانو 
• محاكاة الفيزياء – ذكاء السرب القائم على الفيزياء 
• طائرة رباعية المراوح – مروحية بأربعة مراوح 
• المواد الروبوتية
• النجم الساقط (طائرة بدون طيار)
• ذكاء السرب – السلوك الجماعي للأنظمة اللامركزية ذاتية التنظيم 
• منصات الروبوتات الجماعية
• الحوسبة غير التقليدية – الحوسبة باستخدام أساليب جديدة أو غير مألوفة 
• مركبة جوية بدون طيار - طائرة بدون طيار بشري على متنها 

• سرب روبوتي لا مركزي بالكامل يقوم بعمليات بحث واستكشاف جماعية – مختبر التحكم في الطاقة والمجموعات والتعقيد التطبيقي في جامعة سنغافورة للتكنولوجيا والتصميم
• الروبوتات السربية: أسراب من القطع الأثرية ذاتية التجميع - مشروع الاتحاد الأوروبي IST-FET (2001-2005)
• فيديو روبوتات السرب الحائز على جوائز في مؤتمر AAAI 2007