Samenwerkende robots bouwen samen ruimtestations en redden levens

Constructies zoals het Internationale Ruimtestation zijn te groot en zwaar om op aarde te worden gebouwd en vervolgens als één stuk naar de aarde te worden gelanceerd. In plaats daarvan werd het ISS in de ruimte geassembleerd als een gigantische Lego-set, met behulp van grote modules die via meerdere raketlanceringen gedurende een periode van twaalf jaar werden afgeleverd. Dat is al moeilijk genoeg als je te maken hebt met een structuur die is ontworpen om in een baan om de aarde te zweven. Maar hoe zit het als ruimteverkenning de volgende stap zet en de mensheid complexe constructies verder weg wil bouwen, zoals op Mars?

Dat is waar een nieuw MIT-project komt in het spel. Het belichaamt de mantra ‘teamwerk zorgt ervoor dat de droom werkt’ en toont een systeem van kleine collaboratieve robots – bijgenaamd ‘relatief’ robots – die op een dag zouden kunnen samenwerken om hoogwaardige structuren te bouwen, variërend van vliegtuigen tot huizen tot de ruimte nederzettingen.

De V-vormige robots, genaamd Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorers (of BILL-E), lijken op miniatuurarmen. Ze bewegen zich als inchwormen en kunnen kleine driedimensionale modulaire stukken, voxels genaamd, samenvoegen tot grotere structuren. Op dezelfde manier waarop een beeld van welke complexiteit dan ook op het scherm kan worden gereproduceerd met behulp van eenvoudig vierkant pixels, het idee van de makers van BILL-E is dat de robots hetzelfde zouden kunnen bereiken in de driedimensionale wereld. Elke voxel kan door de robots worden opgepakt en op zijn plaats worden geplaatst en vervolgens worden verbonden met behulp van een speciaal vergrendelingssysteem dat deel uitmaakt van elke bouweenheid.

“Onze robots kunnen structuren bouwen die groter en preciezer zijn dan zijzelf”, vertelde Benjamin Jenett, een van de belangrijkste onderzoekers van het project, aan Digital Trends. “Er is geen stijging van de kosten voor de infrastructuur behalve het maken van de individuele voxelcomponenten en eenvoudige robots. In die zin brengt geometrische complexiteit weinig tot geen kosten met zich mee. Relatieve robotassemblage maakt gebruik van een eenvoudige, herhaalbare procedure om op aanvraag hoogwaardige structuren te produceren, waarbij enkele assemblage eindassemblage is.”

Teamwerk zorgt ervoor dat de robotdroom werkt

Het lijdt geen twijfel dat de voxelbouwende BILL-E-robots van MIT opwindend zijn. Maar misschien wel het meest opwindende aspect ervan is wat ze suggereren over de volgende grens voor robots. Al meer dan een halve eeuw, tenminste sinds de onderzoekers van SRI International het project hebben gebouwd eerste mobiele robot voor algemeen gebruikzijn ingenieurs terecht enthousiast over de mogelijkheid om robots te gebruiken.

Tegenwoordig worden robots in een breed scala aan toepassingen gebruikt. De mensen die ze bouwen beloven dat ze de saaie, vuile, gevaarlijke en dure banen zullen kunnen uitvoeren waar mensen minder geschikt voor zijn. Maar hoewel één robot nuttig kan zijn, wordt dat steeds vaker het geval ploegen van robots die een glimp bieden van waar ze het meest waardevol kunnen zijn. Bewijs van waar teams van machines kunnen zegevieren is op alle verschillende schaalniveaus duidelijk. Er zijn kleine robots zoals de relatieve robots ontwikkeld door MIT. Diezelfde samenwerkingsprincipes zijn echter ook van toepassing op grotere robots.

Vorig jaar Boston Dynamics heeft een korte video vrijgegeven waarin twee SpotMini-robots samenwerken om een ​​gemeenschappelijk doel te bereiken: het openen van een kantoordeur. Dat is een beperkte, vereenvoudigde illustratie van samenwerking, maar laat niettemin zien hoe veelvoudig machines kunnen samenwerken om taken uit te voeren die veel moeilijker of zelfs onmogelijk zouden zijn geweest hun eigen.

Er is een grote verscheidenheid aan problemen die dergelijke collaboratieve robots beloven op te lossen. In sommige gevallen gaat het om het vermijden of verwijderen van obstakels, zoals in het geval van de deuropenende SpotMinis. In andere gevallen kan het gaan om het verkennen van grote gebieden met behulp van meerdere robots die elk hun eigen individuele pad volgen, maar zo gecoördineerd dat ze een groot gebied kunnen bestrijken zonder op elkaars tenen te trappen. Dit kan handig zijn voor zaken als mapping. Het kan robots ook in staat stellen hun vaardigheden te verbeteren, door met vallen en opstaan ​​te leren en deze informatie vervolgens aan de anderen in het gezelschap over te brengen; waardoor alle betrokkenen sneller slimmer kunnen groeien.

Robotteams zijn overal

Voorbeelden van teamgebaseerde collaboratieve robots zijn overal te vinden. Aan de Columbia Universiteit in New York hebben professor Hod Lipson en zijn team dat gedaan ontwikkelde een zwerm schijfvormige robots die met elkaar kunnen worden verbonden om een ​​verscheidenheid aan verschillende vormfactoren te vormen. Als het bijvoorbeeld door een opening moet bewegen, kunnen de robots zichzelf herschikken in een vorm waardoor ze er doorheen kunnen reizen, voordat ze aan de andere kant weer in elkaar worden gezet als een bredere structuur.

Ondertussen is het gerenommeerde ruimteagentschap, als onderdeel van NASA's Innovative Advanced Concepts-programma, dat wel werken aan een project draait om een ​​groep robots die ‘cobots’ worden genoemd. Deze cobots kunnen als team samenwerken om gebieden zoals grotten te verkennen, maar ook samenwerken om nieuwe vormen van voortbeweging mogelijk te maken. Op een dag hoopt NASA dat ze kunnen worden gebruikt om andere planeten te verkennen.

Deze benaderingen zijn ongelooflijk spannend. In beide voorbeelden zijn de gebruikte robots echter identiek aan elkaar. Dat hoeft niet het geval te zijn. In veel scenario's zou het zelfs nuttiger kunnen zijn als teams van robots zouden bestaan ​​uit robots met totaal verschillende vaardigheden. Je weet wel, zoals efficiënte teams van mensen.

Denk bijvoorbeeld aan coöperatieve robotteams die samenwerken in een zoek- en reddingsmissie na een natuurramp. Dit is iets dat al bestaat actief wordt onderzocht vanwege het gevaar dat inherent is aan het sturen van menselijke reddingswerkers. Maar hoewel het hebben van meerdere eenheden van dezelfde robot ongetwijfeld nuttig kan zijn bij bepaalde reddingsacties In omgevingen zou het samenbrengen van robots met verschillende vaardigheden zelfs nog meer kunnen opleveren waardevol.

Stel je voor dat je een verkenningsrobot met geavanceerde optische mogelijkheden gebruikt in combinatie met een zwaardere robot die er is om puin uit de weg te ruimen of voedsel en water naar de slachtoffers te brengen. Dit vermogen om meerdere soorten robots samen te gebruiken, wordt momenteel onderzocht DARPA's ondergrondse grote uitdaging. Deelnemers aan de wedstrijd moeten autonome robots ontwikkelen om ondergrondse omgevingen te verkennen. In plaats van zich te beperken tot één type robot, kunnen ze tagteams bouwen die uit meerdere soorten machines bestaan, variërend van op honden geïnspireerde vierpotige bots tot vliegende drones.

Het draait allemaal om controle

Zoals iedereen die ooit in een team heeft gewerkt weet, is leiderschap natuurlijk een grote vraag als het gaat om het dicteren van doelen. Als het om robots gaat, is dit niet minder een punt van zorg – en er zijn meerdere mogelijke antwoorden.

“We maken gebruik van een gecentraliseerde, in plaats van gedistribueerde, besturingsarchitectuur”, zegt Benjamin Jenett, onderzoeker bij het BILL-E-project. “Dit betekent dat één enkele entiteit, in dit geval een laptop, de volledige bouwvolgorde en robotpadplanning berekent en draadloos opdrachten naar de mobiele robots verzendt. Robots voeren vervolgens dit pad uit, dat bestaat uit een kleine reeks voorgeschreven bewegingen – stappen, draaien, oppakken, plaatsen – met een eindige hoeveelheid detectie voor feedback.”

Jenett merkt op dat dit soort gecentraliseerde besturingsarchitectuur gemakkelijker optimale resultaten kan bereiken, omdat alles van tevoren is geprogrammeerd. In dit geval is de ‘enkele entiteit’ waarnaar hij verwijst vergelijkbaar met de projectmanager op een bouwplaats: planning alles van tevoren en ervoor zorgen dat elk lid van het team weet wat hij of zij moet doen aan het doen. Het is echter geen perfecte oplossing, omdat het kwetsbaar is voor een enkel storingspunt. Als gevolg hiervan zei Jenett dat het team onderzoek doet naar gedistribueerde controlesystemen voor de toekomst.

“Dit vereist meer autonomie van de robots, [betekenis] detectie en besluitvorming,” zei hij. "Maar we zijn van mening dat onze hardware gemakkelijk kan worden aangepast om deze veranderingen in de komende fasen van dit werk op te nemen."

Deze uitdaging zal de komende jaren voortduren. Meerdere robots met elkaar laten praten is een enorm complex probleem, waarvoor veel planning vooraf nodig is. De vooruitgang op het gebied van zwermintelligentie zal het echter ook mogelijk maken dat robots in bepaalde toepassingen samenwerken met gedistribueerde vormen van intelligentie. Net als bij een zwerm vogels, waarbij elke vogel reageert op zijn naaste buren, maar geen enkele vogel de kudde leidt, heeft dit een enorm potentieel. Vooral als het gaat om improvisatiestrategieën.

Nog maar het begin van het verhaal

Op dit moment staan ​​we nog aan het begin van deze specifieke reis. Net als de samenwerking tussen mensen en robots op de werkplek blijven samenwerkende robotsteams grotendeels het domein van onderzoekslaboratoria. Maar dat zal niet zo blijven.

Zoals blijkt uit alles van De bezorgrobots van Starship Technologies naar ANYbotics’ ELKE robot die olieplatforms inspecteertworden robots een onderdeel van het dagelijks leven. En waar bedrijven nu één of twee robots inzetten om taken uit te voeren, zal dat aantal zeker groeien.

Ze kunnen dus maar beter met elkaar overweg kunnen, in ons aller belang.

Aanbevelingen van de redactie

• Maak kennis met de baanbrekende pitchingrobot die elke menselijke worp perfect kan nabootsen
• De grappige formule: waarom door machines gegenereerde humor de heilige graal is van A.I.
• Deels Terminator, deels Tremors: deze robotworm kan door zand zwemmen
• Het geluid van de wetenschap: waarom audio de volgende grens is in de verkenning van Mars
• Evoluerende, zichzelf replicerende robots zijn er – maar maak je geen zorgen over een opstand