الروبوتات السرب

سرب من الروبوتات الصغيرة مفتوحة المصدر من نوع ياسمين تعيد شحن نفسها
فريق من iRobot Create روبوتات في معهد جورجيا للتكنولوجيا

روبوتات السرب هي نهج لتنسيق الروبوتات المتعددة كنظام يتكون من أعداد كبيرة من الروبوتات الفيزيائية البسيطة في الغالب . في سرب الروبوتات، ينتج السلوك الجماعي للروبوتات من التفاعلات المحلية بين الروبوتات وبين الروبوتات والبيئة التي تعمل فيها. [1] من المفترض أن السلوك الجماعي المرغوب ينشأ من التفاعلات بين الروبوتات وتفاعلات الروبوتات مع البيئة. ظهرت هذه الفكرة في مجال ذكاء السرب الاصطناعي ، وكذلك دراسات الحشرات والنمل وغيرها من المجالات في الطبيعة، حيث يحدث سلوك السرب . [2]

تعريف

إن البحث في مجال الروبوتات السربيّة هو دراسة الجسم المادي والسلوكيات التحكمية للروبوتات . وهو مستوحى ولكن غير محدود من [3] السلوك الناشئ الملحوظ في الحشرات الاجتماعية ، والذي يُسمى ذكاء السرب . يمكن للقواعد الفردية البسيطة نسبيًا أن تنتج مجموعة كبيرة من سلوكيات السرب المعقدة . أحد المكونات الرئيسية هو التواصل بين أعضاء المجموعة الذين يبنون نظامًا من ردود الفعل المستمرة. يتضمن سلوك السرب تغييرًا مستمرًا للأفراد بالتعاون مع الآخرين، بالإضافة إلى سلوك المجموعة بأكملها.

على عكس أنظمة الروبوتات الموزعة بشكل عام، تؤكد روبوتات السرب على عدد كبير من الروبوتات، وتعزز قابلية التوسع ، على سبيل المثال باستخدام الاتصالات المحلية فقط. [4] يمكن تحقيق الاتصالات المحلية على سبيل المثال من خلال أنظمة النقل اللاسلكية ، مثل الترددات الراديوية أو الأشعة تحت الحمراء . [5]

الأهداف والتطبيقات

التصغير والتكلفة هما العاملان الرئيسيان في مجال الروبوتات السرب. هذه هي القيود المفروضة على بناء مجموعات كبيرة من الروبوتات؛ وبالتالي يتم التأكيد على بساطة العضو الفردي في الفريق. وهذا يحفز نهج الذكاء السرب لتحقيق سلوك ذي معنى على مستوى السرب، بدلاً من المستوى الفردي.
وقد تم توجيه الكثير من الأبحاث نحو هذا الهدف المتمثل في البساطة على مستوى الروبوت الفردي. [ بحاجة لمصدر ] إن القدرة على استخدام الأجهزة الفعلية في أبحاث الروبوتات السرب بدلاً من المحاكاة تسمح للباحثين بمواجهة وحل العديد من المشكلات الأخرى وتوسيع نطاق أبحاث السرب. وبالتالي، فإن تطوير الروبوتات البسيطة لأبحاث ذكاء السرب هو جانب مهم للغاية من هذا المجال. تشمل الأهداف الحفاظ على تكلفة الروبوتات الفردية منخفضة للسماح بالتوسع ، مما يجعل كل روبوت أقل تطلبًا للموارد وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

بالمقارنة مع الروبوتات الفردية، يمكن للسرب عادةً تحليل المهام المعينة إلى مهام فرعية؛ [6] والسرب أكثر قوة في مواجهة الفشل الجزئي وأكثر مرونة فيما يتعلق بالمهام المختلفة. [7]

أحد أنظمة السرب هذه هو نظام LIBOT Robotic System [8] الذي يتضمن روبوتًا منخفض التكلفة تم بناؤه لروبوتات السرب الخارجية. كما تم تصنيع الروبوتات مع أحكام للاستخدام الداخلي عبر Wi-Fi، حيث توفر أجهزة استشعار GPS اتصالات ضعيفة داخل المباني. محاولة أخرى من هذا القبيل هي الروبوت الصغير (Colias)، [9] الذي تم بناؤه في مختبر ذكاء الكمبيوتر بجامعة لينكولن بالمملكة المتحدة. تم بناء هذا الروبوت الصغير على هيكل دائري مقاس 4 سم وهو عبارة عن منصة منخفضة التكلفة ومفتوحة للاستخدام في مجموعة متنوعة من تطبيقات روبوتات السرب.

المبادئ الخمسة لذكاء السرب الروبوتي

يسترشد تصميم أنظمة الروبوتات السربية بمبادئ ذكاء السرب، والتي تعزز التسامح مع الأخطاء وقابلية التوسع والمرونة.[1] وفي حين توجد صيغ مختلفة لمبادئ ذكاء السرب، فإن مجموعة واحدة معترف بها على نطاق واسع تشمل:

  1. الوعي: يجب أن يكون كل عضو في السرب على دراية بمحيطه وقدراته.
  2. الاستقلالية: يجب أن تعمل الروبوتات الفردية كوحدات مستقلة، وليس كأجهزة تابعة لوحدة تحكم مركزية. وهذا يتيح تخصيص المهام بشكل ذاتي التنسيق.
  3. التضامن: يجب على أعضاء السرب التعاون في تضامن. عند إكمال مهمة ما، يجب على كل روبوت البحث بشكل مستقل عن مهام جديدة بناءً على موقعه الحالي.
  4. إمكانية التوسع: يجب أن يسمح النظام بالتوسع الديناميكي، مما يسمح بإضافة أعضاء جدد بسلاسة.
  5. المرونة: يجب أن يكون السرب قادرًا على الشفاء الذاتي. إذا تمت إزالة الأعضاء، فيجب أن تتولى الروبوتات المتبقية المهام غير المكتملة. [10]

التطبيقات

التطبيقات المحتملة لروبوتات السرب عديدة. وهي تشمل المهام التي تتطلب التصغير ( الروبوتات النانوية ، الروبوتات الدقيقة )، مثل مهام الاستشعار الموزعة في الآلات الدقيقة أو جسم الإنسان. أحد أكثر الاستخدامات الواعدة لروبوتات السرب هو في مهام البحث والإنقاذ . [11] يمكن إرسال أسراب من الروبوتات بأحجام مختلفة إلى أماكن لا يستطيع عمال الإنقاذ الوصول إليها بأمان، لاستكشاف البيئة غير المعروفة وحل المتاهات المعقدة عبر أجهزة استشعار على متن الطائرة. [11] من ناحية أخرى، يمكن أن تكون روبوتات السرب مناسبة للمهام التي تتطلب تصميمات رخيصة، على سبيل المثال مهام التعدين أو الرعي الزراعي. [12]

الأمر الأكثر إثارة للجدل هو أن أسراب الروبوتات العسكرية يمكنها تشكيل جيش مستقل. فقد اختبرت القوات البحرية الأمريكية سربًا من القوارب المستقلة التي يمكنها التوجيه والقيام بأعمال هجومية بنفسها. والقوارب غير مأهولة ويمكن تزويدها بأي نوع من المعدات لردع وتدمير سفن العدو. [13]

خلال الحرب الأهلية السورية ، أبلغت القوات الروسية في المنطقة عن هجمات على قاعدتها الجوية الرئيسية في البلاد بواسطة أسراب من الطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الثابتة المحملة بالمتفجرات. [14]

ركزت معظم الجهود على مجموعات صغيرة نسبيًا من الآلات. ومع ذلك، فقد أظهرت جامعة هارفارد في عام 2014 سربًا يتكون من 1024 روبوتًا فرديًا، وهو الأكبر حتى الآن. [15]

يمكن حل مجموعة كبيرة أخرى من التطبيقات باستخدام أسراب من المركبات الجوية الصغيرة ، والتي يتم التحقيق فيها أيضًا على نطاق واسع في الوقت الحاضر. بالمقارنة مع الدراسات الرائدة لأسراب الروبوتات الطائرة باستخدام أنظمة التقاط الحركة الدقيقة في ظروف المختبر، [16] يمكن للأنظمة الحالية مثل Shooting Star التحكم في فرق من مئات المركبات الجوية الصغيرة في البيئة الخارجية [17] باستخدام أنظمة GNSS (مثل GPS) أو حتى تثبيتها باستخدام أنظمة تحديد المواقع على متن الطائرة [18] حيث لا يتوفر نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). [19] [20] تم اختبار أسراب المركبات الجوية الصغيرة بالفعل في مهام المراقبة المستقلة، [21] وتتبع الريش، [22] والاستطلاع في كتيبة صغيرة. [23] تم إجراء العديد من الأعمال على أسراب تعاونية من المركبات الأرضية والجوية بدون طيار مع تطبيقات مستهدفة لمراقبة البيئة التعاونية، [24] وتحديد المواقع والخرائط المتزامنة ، [25] وحماية القوافل، [26] وتحديد مواقع الأهداف المتحركة وتتبعها. [27]

بالإضافة إلى ذلك، تم إحراز تقدم في تطبيق أسراب مستقلة في مجال التصنيع، والمعروفة باسم طباعة أسراب ثلاثية الأبعاد . وهذا مفيد بشكل خاص لإنتاج الهياكل والمكونات الكبيرة، حيث لا يمكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية بسبب قيود حجم الأجهزة. يسمح التصغير والتعبئة الجماعية لنظام التصنيع بتحقيق ثبات الحجم ، وليس محدودًا بحجم البناء الفعال. بينما في مرحلتها المبكرة من التطوير، يتم تسويق طباعة أسراب ثلاثية الأبعاد حاليًا من قبل شركات ناشئة. باستخدام عملية التصنيع الإضافي المعدني للطباعة الحثية السريعة، كانت شركة Rosotics [28] أول شركة توضح طباعة أسراب ثلاثية الأبعاد باستخدام حمولة معدنية، والشركة الوحيدة التي حققت طباعة ثلاثية الأبعاد معدنية من منصة محمولة جواً. [29]

أسراب الطائرات بدون طيار

تُستخدم أسراب الطائرات بدون طيار في البحث عن الهدف وعروض الطائرات بدون طيار والتوصيل. تستخدم عروض الطائرات بدون طيار عادةً طائرات بدون طيار متعددة مضاءة في الليل لعرض فني أو إعلان. يمكن لسرب الطائرات بدون طيار في التوصيل أن يحمل طرودًا متعددة إلى وجهة واحدة في وقت واحد ويتغلب على قيود الحمولة والبطارية لطائرة بدون طيار واحدة. [30] قد يقوم سرب الطائرات بدون طيار بتشكيلات طيران مختلفة لتقليل إجمالي استهلاك الطاقة بسبب قوى السحب. [31]

يمكن أن يأتي حشد الطائرات بدون طيار أيضًا مع مشكلات تحكم إضافية مرتبطة بالعوامل البشرية ومشغل السرب. تشمل الأمثلة على ذلك الطلب المعرفي العالي والتعقيد عند التفاعل مع طائرات بدون طيار متعددة بسبب تغيير الانتباه بين طائرات بدون طيار الفردية المختلفة. [32] [33] يعد التواصل بين المشغل والسرب أيضًا جانبًا مركزيًا. [34]

أسراب صوتية

في عام 2023، أظهر باحثو جامعة واشنطن ومايكروسوفت أسرابًا صوتية من الروبوتات الصغيرة التي تصنع مكبرات صوت ذكية متغيرة الشكل. [35] يمكن استخدامها للتلاعب بالمشاهد الصوتية للتركيز على الأصوات من منطقة معينة في الغرفة أو كتمها. [36] هنا، تتعاون الروبوتات الصغيرة مع بعضها البعض باستخدام إشارات صوتية، بدون أي كاميرات، للتنقل بشكل تعاوني بدقة على مستوى السنتيمتر. تنتشر هذه الأجهزة المتجمعة عبر سطح لإنشاء مجموعة ميكروفون لاسلكية موزعة وقابلة لإعادة التكوين. كما تنتقل أيضًا إلى محطة الشحن حيث يمكن إعادة شحنها تلقائيًا. [37]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ دوريجو ، ماركو. بيراتاري، ماورو؛ برامبيل، مانويل (2014). “سرب الروبوتات”. سكولاربيديا . 9 (1): 1463. بيب كود :2014SchpJ...9.1463D. دوى : 10.4249/scholarpedia.1463 .
  2. ^ "ما هو الغرض الأساسي من Swarm Robotics؟". 2024-05-29 . تم الاسترجاع 2024-09-01 ."الروبوتات السرب" هو مجال جذاب يستلهم سلوكه الجماعي من الحشرات الاجتماعية مثل النمل والنحل والنمل الأبيض.
  3. ^ هانت، إدموند ر. (2019-03-27). "الحيوانات الاجتماعية التي تلهم سلوكيات جديدة لأسراب الروبوتات". المحادثة . تم الاسترجاع في 2019-03-28 .
  4. ^ هامان، هـ. (2018). روبوتات السرب: نهج رسمي. نيويورك: دار سبرينغر للنشر الدولية. رقم ISBN 978-3-319-74528-2.
  5. ^ ن. كوريل، د. روس. هندسة الأنظمة الروبوتية الشبكية والتحكم فيها. في: سيرج كيرنباخ (المحرر): دليل الروبوتات الجماعية، ص 81-104، بان ستانفورد، سنغافورة، 2013.
  6. ^ Hu, J.; Bhowmick, P.; Lanzon, A. (2020). "استراتيجية التحكم في احتواء التكوين الموزع ثنائي الطبقة لأنظمة السرب الخطية: الخوارزمية والتجارب". المجلة الدولية للتحكم القوي وغير الخطي . 30 (16): 6433-6453. doi : 10.1002/rnc.5105 .
  7. ^ Kagan, E.; Shvalb, N.; Gal, I. (2019). Autonomous Mobile Robots and Multi-Robot Systems: Motion-Planning, Communication, and Swarming. John Wiley and Sons. ISBN 9781119212867.
  8. ^ زهوجي، عماد محمد ح.؛ شباني، أحمد م.؛ براساد، تي في (2012)، "Libot: تصميم روبوت متحرك منخفض التكلفة لروبوتات السرب الخارجية"، مؤتمر معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات الدولي لعام 2012 حول تكنولوجيا الإنترنت في الأتمتة والتحكم والأنظمة الذكية (CYBER) ، ص 342-347، doi :10.1109/CYBER.2012.6392577، ISBN 978-1-4673-1421-3، S2CID  14692473
  9. ^ Arvin, F.; Murray, JC; Licheng Shi; Chun Zhang; Shigang Yue, "تطوير روبوت صغير مستقل لروبوتات السرب"، مؤتمر معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات الدولي لعام 2014 حول الميكاترونيات والأتمتة (ICMA)، المجلد، العدد، ص 635، 640، 3-6 أغسطس 2014 doi: 10.1109/ICMA.2014.6885771
  10. ^ ألفونسو (2016-09-20). خمسة مبادئ لذكاء السرب . تم الاسترجاع في 2024-08-14 – عبر يوتيوب.
  11. ^ ab Hu, J.; Niu, H.; Carrasco, J.; Lennox, B.; Arvin, F., "الاستكشاف المستقل متعدد الروبوتات القائم على فورونوي في بيئات غير معروفة عبر التعلم التعزيزي العميق" معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات لتكنولوجيا المركبات، 2020.
  12. ^ هو، جيه؛ تورجوت، أيه؛ كراجنيك، تي؛ لينوكس، بي؛ أرفين، ف، "تصميم بروتوكول التنسيق القائم على الانسداد لمهام الرعي الآلي المستقل" معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات للأنظمة المعرفية والتنموية، 2020.
  13. ^ ليندون، براد (6 أكتوبر 2014). "البحرية الأميركية قد تهاجم الأعداء بالقوارب الآلية". سي إن إن.
  14. ^ مادريجال، أليكسيس سي. (2018-03-07). "أسراب الطائرات بدون طيار ستكون مرعبة ويصعب إيقافها". الأطلسي . تم الاسترجاع في 2019-03-07 .
  15. ^ "سرب من ألف روبوت منظم ذاتيًا". هارفارد . 14 أغسطس 2014. تم الاسترجاع في 16 أغسطس 2014 .
  16. ^ كوشليف، أ.؛ ميلينجر، د.؛ باورز، س.؛ كومار، ف.، "نحو سرب من الطائرات الرباعية الدوارة الرشيقة" الروبوتات المستقلة، المجلد 35، العدد 4، ص 287-300، نوفمبر 2013
  17. ^ Vasarhelyi, G.; Virágh, C.; Tarcai, N.; Somorjai, G.; Vicsek, T. Outdoor flocking and formation flight with independent aerial robots. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS 2014)، 2014
  18. ^ Faigl, J.; Krajnik, T.; Chudoba, J.; Preucil, L.; Saska, M. Low-Cost Embedded System for Relative Locationization in Robotic Swarms. في ICRA2013: وقائع مؤتمر IEEE الدولي لعام 2013 حول الروبوتات والأتمتة. 2013.
  19. ^ ساسكا، م.؛ فاكولا، ج.؛ بريوسيل، ل. أسراب من المركبات الجوية الصغيرة المستقرة تحت موضع نسبي بصري. في ICRA2014: وقائع مؤتمر معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات الدولي لعام 2014 حول الروبوتات والأتمتة. 2014.
  20. ^ ساسكا، م. أسراب الطائرات بدون طيار: المركبات الجوية غير المأهولة المستقرة على طول مسار معين باستخدام تحديد المواقع النسبية على متن الطائرة. في وقائع المؤتمر الدولي لعام 2015 حول أنظمة الطائرات بدون طيار (ICUAS). 2015
  21. ^ ساسكا، م.؛ تشودوبا، ج.؛ بريوسيل، ل.؛ توماس، ج.؛ لويانو، ج.؛ تريسناك، أ.؛ فوناسيك، ف.؛ كومار، ف. النشر المستقل لأسراب من المركبات الجوية الصغيرة في المراقبة التعاونية. في وقائع المؤتمر الدولي لعام 2014 حول أنظمة الطائرات بدون طيار (ICUAS). 2014.
  22. ^ ساسكا، م.؛ لانغر ج.؛ ل. بريوسيل. تتبع الريش بواسطة مجموعة ذاتية الاستقرار من المركبات الجوية الصغيرة. في النمذجة والمحاكاة للأنظمة المستقلة، 2014.
  23. ^ ساسكا، م.؛ كاسل، ز.؛ بريوسيل، ل. تخطيط الحركة والتحكم في تشكيلات المركبات الجوية الصغيرة. في وقائع المؤتمر العالمي التاسع عشر للاتحاد الدولي للتحكم الآلي. 2014.
  24. ^ Saska, M.; Vonasek, V.; Krajnik, T.; Preucil, L. Coordination and Navigation of Heterogeneous UAVs-UGVs Teams Localized by a Hawk-Eye Approach Archived 2017-08-10 at the Wayback Machine . في وقائع مؤتمر IEEE/RSJ الدولي لعام 2012 حول الروبوتات والأنظمة الذكية. 2012.
  25. ^ تشونغ، سون-جو، وآخرون. "دراسة استقصائية حول الروبوتات الجوية السربية". معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات للروبوتات 34.4 (2018): 837-855.
  26. ^ ساسكا، م.؛ فوناسيك، ف.؛ كراجنيك، ت.؛ بريوسيل، ل. تنسيق وملاحة تشكيلات المركبات الفضائية غير المتجانسة والمركبات الفضائية غير المأهولة الموضعية من خلال نهج يشبه "عين الصقر" تحت مخطط تحكم تنبؤي نموذجي. المجلة الدولية لأبحاث الروبوتات 33(10):1393–1412، سبتمبر 2014.
  27. ^ كوون، هيوكسونج؛ باك، دانيال جيه. (2012). "طريقة قوية لتحديد موقع الهدف المتحرك للمركبات الجوية غير المأهولة التعاونية باستخدام جودة دمج المستشعرات". مجلة الأنظمة الذكية والروبوتية . 65 (1-4): 479-493. doi :10.1007/s10846-011-9581-5. S2CID  254656907.
  28. ^ "Rosotics - حل أكبر مشاكل الصناعة".
  29. ^ "التكنولوجيا". 25 يوليو 2020. مؤرشف من الأصل في 4 أغسطس 2020 . تم الاسترجاع 16 أغسطس 2020 .
  30. ^ الكوز، بلسم؛ بوغيتايا، عثمان؛ ميستري، ساجيب (18-24 أكتوبر 2020). "خدمة الطائرات بدون طيار القائمة على السرب (SDaaS) للتوصيل". مؤتمر معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات الدولي لعام 2020 حول خدمات الويب (ICWS) . ص. 441-448. arXiv : 2005.06952 . doi :10.1109/ICWS49710.2020.00065. ISBN 978-1-7281-8786-0. S2CID  218628807.
  31. ^ الكوز، بلسم؛ بوقيتايا، عثمان (7-9 ديسمبر 2020). "اختيار خدمات أسراب الطائرات بدون طيار على أساس التكوين". MobiQuitous 2020 - المؤتمر الدولي السابع عشر لـ EAI حول الأنظمة المحمولة والمنتشرة: الحوسبة والشبكات والخدمات . ص 386-394. arXiv : 2011.06766 . doi :10.1145/3448891.3448899. ISBN 9781450388405. S2CID  226955877.
  32. ^ Hocraffer, Amy; Nam, Chang S. (2017). "تحليل تلوي لواجهات الإنسان والنظام في إدارة أسراب الطائرات بدون طيار". علم بيئة العمل التطبيقي . 58 : 66–80. doi :10.1016/j.apergo.2016.05.011. PMID  27633199.
  33. ^ لويس، مايكل (2013). "التفاعل البشري مع الروبوتات المتعددة عن بعد". مراجعات العوامل البشرية وبيئة العمل . 9 (1): 131-174. doi :10.1177/1557234X13506688.
  34. ^ كولينج، أندرياس؛ فيليب، ووكر؛ نيلانجان، تشاكرابورتي؛ كاتيا، سيكارا؛ مايكل، لويس (2016). "التفاعل البشري مع أسراب الروبوتات: دراسة استقصائية" (PDF) . معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات بشأن أنظمة الإنسان والآلة . 46 (1): 9-26. doi :10.1109/THMS.2015.2480801. S2CID  9975315.
  35. ^ إيتاني، مالك؛ تشين، تووتشاو؛ يوشيوكا، تاكويا؛ جولاكوتا، شيامناث (2023-09-21). "إنشاء مناطق الكلام مع أسراب صوتية ذاتية التوزيع". Nature Communications . 14 (1): 5684. Bibcode :2023NatCo..14.5684I. doi : 10.1038/s41467-023-40869-8 . ISSN  2041-1723. PMC 10514314. PMID 37735445  . 
  36. ^ "فريق جامعة واشنطن يبتكر مكبر صوت ذكي متغير الشكل يتيح للمستخدمين كتم صوت مناطق مختلفة من الغرفة". أخبار جامعة واشنطن . تم الاسترجاع في 2023-09-21 .
  37. ^ "إنشاء مناطق الكلام باستخدام أسراب صوتية ذاتية التوزيع". acousticswarm.cs.washington.edu . تم الاسترجاع في 2023-09-21 .
  • سرب روبوتي لامركزي بالكامل يقوم بالبحث والاستكشاف الجماعي - مجموعة التعقيد التطبيقي والحركة ومختبر التحكم في الطاقة في جامعة سنغافورة للتكنولوجيا والتكنولوجيا
  • الروبوتات السرب: أسراب من القطع الأثرية ذاتية التجميع – مشروع IST-FET التابع للاتحاد الأوروبي (2001-2005)
  • فيديو الروبوت السرب الحائز على جائزة في AAAI 2007 [ رابط معطل دائم ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Swarm_robotics&oldid=1252998510"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate