طور فريق من الباحثين في كلية هارفارد جون إيه بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) ومعهد Wyss للهندسة روبوتات مستوحاة من الأسماك.
تعرض مجموعات الأسماك سلوكيات معقدة ومتزامنة تساعدها في العثور على الطعام والهجرة والتهرب من الحيوانات المفترسة.
ولا تقوم أي سمكة أو مجموعة من الأسماك بتنسيق هذه الحركات ولا تتواصل مع بعضها البعض حول ما يجب القيام به بعد ذلك.
ولكن هذه السلوكيات الجماعية مما يسمى بالتنسيق الضمني – قرارات فردية تتخذها الأسماك بناءًا على ما يرون أن جيرانهم يفعلونه.
وقد أثار هذا النوع من التنظيم والتنسيق الذاتي اللامركزي والمستقل، إعجاب العلماء منذ فترة طويلة، خاصة في مجال الروبوتات.
روبوتات يمكنها مزامنة حركاتها
وقد طور فريق من الباحثين في كلية هارفارد جون إيه بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) ومعهد Wyss للهندسة روبوتات مستوحاة من الأسماك.
ودون أي تحكم خارجي، يمكن لهذه الربوتات مزامنة حركاتهم مثل مجموعة الأسماك الحقيقية.
وهذه هي المرة الأولى التي أظهر فيها الباحثون سلوكيات جماعية معقدة ثلاثية الأبعاد مع تنسيق ضمني في الروبوتات تحت الماء.
قال الدكتور فلوريان بيرلينجر، مرشح في SEAS و Wyss والمؤلف الأول للورقة: “غالبًا ما يتم نشر الروبوتات في مناطق لا يمكن الوصول إليها أو تشكل خطورة على البشر.
وهي مناطق قد لا يكون فيها التدخل البشري ممكنًا”.
وأضاف: “في هذه المواقف، من المفيد حقًا أن يكون لديك سرب آلي عالي الاستقلالية يكون مكتفيًا ذاتيًا.”
وباستخدام القواعد الضمنية والإدراك البصري ثلاثي الأبعاد، تمكنا من إنشاء نظام يتمتع بدرجة عالية من الاستقلالية والمرونة تحت الماء حيث لا يمكن الوصول إلى أشياء مثل GPS و WiFi.
سرب ربوتي مستوحى من الأسماك أطلق عليه اسم “Blueswarm”
تم إنشاء السرب الروبوتي المستوحى من الأسماك، والذي يطلق عليه اسم Blueswarm، في مختبر Radhika Nagpal
أستاذ فريد Kavli لعلوم الكمبيوتر في SEAS وعضو هيئة التدريس المشارك في معهد Wyss.
يعتبر مختبر Nagpal رائدًا في أنظمة التنظيم الذاتي، بدءًا من سرب 1000 روبوت Kilobot وحتى طاقم البناء الآلي المستوحى من النمل الأبيض.
ومع ذلك، فإن معظم الأسراب الروبوتية السابقة كانت تعمل في فضاء ثنائي الأبعاد.
وتشكل المساحات ثلاثية الأبعاد، مثل الهواء والماء، تحديات كبيرة للاستشعار والحركة.
نظام تنسيق قائم على الرؤية في روبوتات الأسماك
وقد طور الباحثون نظام تنسيق قائم على الرؤية في روبوتات الأسماك الخاصة بهم على أساس مصابيح LED زرقاء، للتغلب على هذه التحديات.
ويسمى كل روبوت يعمل تحت الماء، Bluebot، وهو مجهز بكاميرتين وثلاثة مصابيح LED.
تكتشف الكاميرات ذات العدسة السمكية الموجودة على متن الطائرة مصابيح LED الخاصة بـ Bluebots المجاورة
وتستخدم خوارزمية مخصصة لتحديد المسافة والاتجاه والعنوان.
وأوضح الباحثون أن Blueswarm يمكن أن يظهر سلوكيات معقدة ذاتية التنظيم، استنادًا إلى الإنتاج البسيط واكتشاف ضوء LED.
وتشمل هذه السلوكيات التجميع والتشتت وتشكيل الدائرة، وقال بيرلينجر: “كل بلوبوت يتفاعل بشكل ضمني مع مواقف جيرانه”.
وأضاف قائلا: “لذلك، إذا أردنا أن تتجمع الروبوتات، فسيقوم كل Bluebot بحساب موقع كل من جيرانه ويتحرك نحو المركز”.
إذا أردنا أن تتفرق الروبوتات، فإن Bluebots يفعلون العكس.
أما إذا أردنا أن يسبحوا مثل مجموعة في دائرة، فهي مبرمجة لتتبع الأضواء أمامها مباشرة في اتجاه عقارب الساعة “.
وقد قام الباحثون أيضًا بمحاكاة مهمة بحث بسيطة بضوء أحمر في الخزان.
حيث انتشرت Bluebots عبر الخزان حتى تقترب بدرجة كافية من مصدر الضوء لاكتشافه، باستخدام خوارزمية التشتت،
بمجرد أن يكتشف الروبوت الضوء، تبدأ مصابيح LED الخاصة به في الوميض مما يؤدي إلى تشغيل خوارزمية التجميع في بقية المجموعة،
ومن ثم تتجمع جميع Bluebots حول روبوت الإشارة.
قال ناجبال: “تمثل نتائجنا مع Blueswarm معلما هاما في التحقيق في السلوكيات الجماعية المنظمة ذاتيًا تحت الماء”.
وأضاف: “ستساعدنا الرؤى المستمدة من هذا البحث على تطوير أسراب مصغرة في المستقبل تحت الماء يمكنها إجراء المراقبة البيئية،
وكذلك البحث في بيئات غنية بصريا ولكنها هشة مثل الشعاب المرجانية.
ويمهد هذا البحث أيضًا طريقة لفهم مجموعات الأسماك بشكل أفضل، من خلال إعادة تكوين سلوكها صناعياً.”
وقد نُشر البحث في مجلة Science Robotics.
المصدر: https://techxplore.com/news/2021-01-fish-inspired-robots-movements.html
