Роботы успешно притворились колонией муравьев

Ученые из французского научного центра CNRS создали компьютерный алгоритм, который позволяет роботам имитировать поведение колонии муравьев. Работа французских ученых показывает, что для выполнения разнообразных задач и организации таких сложных систем, как муравейник, достаточно простейшего программного и аппаратного обеспечения.

Взаимодействие между отдельными индивидами и отдельными объектами играет важнейшую роль в формировании самоорганизующегося коллективного поведения. Последние исследования показали, что муравьи движутся по запутанным тропинкам и коридорам внутри и снаружи муравейника, ориентируясь по четырем различным разным тип информации.

Некоторые виды муравьев способны видеть и ориентируются по Солнцу или ориентирам на своем пути.

Другие муравьи и вовсе используют своеобразную инерциальную навигационную систему: суммируют векторы движения, измеряя количество шагов и поворотов тела. Также муравьи могут использовать социальную информацию, например, по наличию груженых едой фуражиров определять направление к пище или находить тропинку по определенным следам (кусочки листьев, семян и т.п.).

Последний тип информации, четвертый, наиболее интересен и заключается в самой структуре муравьиных троп. У некоторых видов муравьев транспортные сети имеют строго определенный рисунок: средний угол между тропинками, выходящими из центра муравейника, симметричен и лежит в диапазоне 50-100 градусов в зависимости от вида муравьев. Таким образом, когда муравей движется к выходу из муравейника, он сталкивается с симметричной бифуркацией (разделением) тропинок и коридоров. На обратном пути муравей видит обратную же картину: асимметричную бифуркацию. Чтобы найти кратчайший маршрут, муравей просто выбирает нужный угол поворота и всегда следует в нужном направлении.

Этот нехитрый природный механизм имеет огромный практический потенциал для робототехники и транспортных сетей. Для того чтобы продемонстрировать насколько эффективен элементарный природный алгоритм муравьиной навигации, ученые изготовили макет ходов муравейника из картона. В ходы шириной 9 см запустили простейших роботов, которые работали в соответствии с муравьиной логикой. Роботы с габаритами 22×21×20 мм были оснащены 4 инфракрасными датчиками для обнаружения препятствий. Также имелся фотодиод для измерения градиентов света (выполняющего роль феромона) и Ni-MH аккумулятор с запасом энергии на работу в течение 3,5 часов. "Мозгом" робота был простой микроконтроллер PIC16LF877 с 8 Кбайт EPROM памяти, и 368 байтами оперативной памяти.

В результате роботы уверенно ориентировались в лабиринте, используя все типы поведения насекомых, включая поисковое (блуждание в поисках правильного маршрута) и уклонение (объезд препятствия по другому маршруту). Исследование французских ученых не только дает новые знания о поведении колоний насекомых, но и позволяет использовать эффективные природные алгоритмы в существующих техногенных транспортных сетях.