Фонд «Интеллект»
Фонд «Интеллект»
Рои пчел, стаи волков, стада антилоп, косяки рыб в животном мире – это то, чем были вдохновлены исследователи и что зародило тематику группового управления мобильными роботами. Тема не только интересная, но и перспективная, и в текущий момент – очень важная, набирающая популярность. У этого огромная сфера применения: мониторинг окружающей среды (пожары, загрязнение, радиация) с последующим устранением источника, исследование в труднодоступных местах (пещеры, завалы, промышленные территории), равномерное размещение агентов для поддержания стабильной связи по всей территории и перераспределение для сохранения связи при потере сигнала от одного или нескольких агентов. Складские группы роботов, шоу дронов, автономные шаттлы – все это часть групповой робототехники.
«В данный момент я исследую тему локализации агентов в группе и задачу равномерного размещения агентов без использования централизованного управления. Это одни из достаточно важных задач группового взаимодействия, поскольку в реальных условиях невозможно точно знать реальные координаты каждого робота без использования центрального сервера, как например, камеры над полигоном. Но не везде можно установить такие камеры и получать информацию о реальном расположении роботов. Зачастую роботам нужно определять свое местоположение с помощью локального позиционирования, например, ориентируясь на своих соседей и на небольшое количество статичных меток, информация о которых известна. Я решаю задачу равномерного размещения как раз с помощью методов взаимодействия с ближайшими соседями и виртуальными метками, которые ближайшие роботы детектируют и размещаются, используя информацию о них. Взаимодействие ближайших роботов позволяет координировать положение группы. То есть роботам не нужно иметь информацию о желаемом расположении. Возможен и другой подход, который я тоже рассматривала в своих исследованиях. Так в последней статье я рассматривала вопрос равномерного размещения в ограниченной области с помощью сил отталкивания между ближайшими соседями. Исследование состоит в анализе устойчивости системы по выбранным правилам взаимодействия. И зачастую это трудная задача, требующая пересмотра постановки начальных условий взаимодействия», – рассказала об исследовании Ксения Шутова, аспирантка факультета ВМК МГУ.
Ученые – профессор, заведующий кафедрой НДСиПУ ВМК МГУ Василий Владимирович Фомичев и Ксения Шутова– опубликовали исследование «Алгоритм равномерного размещения агентов в прямоугольнике на основе локальной информации» в журнале «Дифференциальные уравнения», издательство ФГБУ «Издательство «Наука» (Москва) (том 61, № 2, с. 278-282), в котором намечен план исследований, высказаны рабочие гипотезы и приведены первые результаты моделирования. Исследование поддержано фондом «Интеллект».
В этой статье авторы предложили алгоритм равномерного размещения в ограниченной плоскости на основе локального взаимодействия с ближайшими соседями и отталкивающих сил, предотвращающих скопление агентов. Результаты показали, что даже без знания координат всей группы, используя только локальную информацию и простые правила взаимодействия, можно достичь устойчивой и равномерной конфигурации агентов в ограниченной области. Агенты взаимодействуют с ближайшими соседями через матрицу связей и одновременно испытывают силу отталкивания, зависящую от расстояния между ними. Ученые исследовали, как параметры взаимодействия влияют на конечное размещение: параметр β отвечает за силу притяжения к соседям, а параметр γ регулирует силу отталкивания. Подбирая разные значения этих параметров, добивались баланса между стремлением агентов к равновесному положению и их способностью избегать столкновений.
Исследование состоит в анализе устойчивости системы по выбранным правилам взаимодействия. И зачастую это трудная задача, требующая пересмотра постановки начальных условий взаимодействия. Поэтому в данный момент авторы исследуют и другие способы построения равномерного размещения группы роботов, например, с помощью виртуальных меток по границе области, которые ближайшие роботы детектируют и размещаются, используя информацию о них. А сила отталкивания между агентами теперь используется только для того, чтобы на близких дистанциях не сталкиваться с соседями. Это обеспечивает равномерное размещение без постоянного варьирования параметров при росте или уменьшении количества агентов в группе. Такой подход особенно важен для будущего применения в реальных сценариях, например при развертывании групп роботов для мониторинга территории, где доступна только частичная информация и невозможно централизованное управление.
«Сейчас мы с Ксенией готовим осенний семестровый курс по групповому управлению, поддержанный фондом «Интеллект». В него мы включили не только теоретические материалы для понимания процессов построения группы, фундаментальные утверждения и правила, виды и способы передачи информации, построения связей, уравнений движения и согласования данных, но и рассматриваем вопросы, связанные с переходом к реальному построению движения группы роботов. В итоге хотелось бы перейти к практическим экспериментам формирования группового движения роботов. Теоретическими задачами и виртуальными моделями группового взаимодействия роботов сейчас занимаемся в нашей лаборатории робототехники при кафедре НДСиПУ», – отметил Василий Владимирович Фомичев.
