Samarbeidsroboter slår seg sammen Bygg romstasjoner og redd liv

Strukturer som den internasjonale romstasjonen er for store og tunge til å bygges på jorden og deretter skytes opp i jorden som ett stykke. I stedet ble ISS satt sammen i verdensrommet som et gigantisk Lego-sett, ved å bruke store moduler som ble levert via flere rakettoppskytinger over en 12-års periode. Det er tøft nok når du har å gjøre med en struktur designet for å flyte i jordens bane. Men hva med når romutforskning tar neste skritt og menneskeheten ønsker å bygge komplekse konstruksjoner lenger unna, for eksempel på Mars?

Det er der a nytt MIT-prosjekt spiller inn. Det viser mantraet «teamarbeid får drømmen til å fungere», og viser et system av små samarbeidende roboter – med kallenavnet slektning roboter - som en dag kan jobbe sammen for å bygge strukturer med høy ytelse, alt fra fly til hus til verdensrommet bosetninger.

De V-formede robotene, kalt Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorers (eller BILL-E), ligner miniatyrarmer. Beveger seg som tommeormer, kan de sette sammen små tredimensjonale modulære deler, kalt voxels, til større strukturer. På samme måte som et bilde av hvilken som helst kompleksitet kan reproduseres på skjermen ved hjelp av enkel firkant piksler, er ideen til BILL-Es skapere at robotene kan oppnå det samme i tredimensjonal verden. Hver voxel kan plukkes opp og plasseres på plass av robotene, og deretter kobles til ved hjelp av et spesielt låsesystem som er en del av hver bygningsenhet.

"Robotene våre kan bygge strukturer større og mer presise enn dem selv," sa Benjamin Jenett, en av hovedforskerne på prosjektet, til Digital Trends. "Det er ingen økning i kostnadene for infrastruktur utover å lage de individuelle voxel-komponentene og enkle roboter. I denne forstand kommer geometrisk kompleksitet til liten eller ingen kostnad. Relativ robotmontering bruker en enkel, repeterbar prosedyre for å produsere høyytelsesstrukturer på forespørsel, der enkeltmontering er sluttmontering.»

Teamarbeid får robotdrømmen til å fungere

Det er ingen tvil om at MITs voxel-byggende BILL-E-roboter er spennende. Men kanskje det mest spennende ved dem er hva de foreslår om den neste grensen for roboter. I mer enn et halvt århundre, i hvert fall siden SRI International-forskere bygde første generelle mobile robot, har ingeniører med rette vært begeistret for muligheten for å bruke roboter.

I dag brukes roboter i en rekke applikasjoner. Menneskene som bygger dem lover at de vil være i stand til å utføre de kjedelige, skitne, farlige og høye dollarjobbene som mennesker er mindre egnet til. Men selv om en robot kan være nyttig, blir den stadig mer lag av roboter som gir et glimt av hvor de kan være mest verdifulle. Bevis på hvor team av maskiner kan triumfere er tydelige på alle forskjellige skalaer. Det er små roboter som de relative robotene utviklet av MIT. Imidlertid gjelder de samme prinsippene for samarbeid også for større roboter.

I fjor, Boston Dynamics har gitt ut en kort video der to av SpotMini-robotene jobbet sammen for å oppnå et felles mål: å åpne en kontordør. Det er en begrenset, forenklet illustrasjon av samarbeid, men det viser ikke desto mindre hvor mange maskiner kan jobbe sammen for å utføre oppgaver som ville vært langt vanskeligere, eller til og med umulig, på deres egen.

Det er en lang rekke problemer som slike samarbeidsroboter lover å løse. I noen tilfeller er det å unngå eller fjerne hindringer, for eksempel i tilfellet med SpotMinis som åpner døren. I andre kan det være å utforske store områder ved å bruke flere roboter som sporer hver sin individuelle vei, men koordinert for å dekke et stort område uten å tråkke hverandre på tærne. Dette kan være nyttig for ting som kartlegging. Det kan også tillate roboter å forbedre sine evner, ved å lære gjennom prøving og feiling og deretter formidle denne informasjonen til de andre i partiet; slik at alle involverte kan vokse seg smartere i en raskere hastighet.

Robotteam er overalt

Eksempler på teambaserte samarbeidsroboter er overalt. Ved Columbia University i New York har professor Hod Lipson og teamet hans utviklet en sverm av skiveformede roboter som kan kobles sammen for å danne en rekke forskjellige formfaktorer. For eksempel, hvis den trenger å bevege seg gjennom et gap, kan robotene omorganisere seg til en form som lar dem reise gjennom den, før de settes sammen som en bredere struktur på den andre siden.

I mellomtiden, som en del av NASAs Innovative Advanced Concepts-program, er den anerkjente romfartsorganisasjonen jobber med et prosjekt kretser rundt en gruppe roboter kalt "cobots". Disse cobotene kan jobbe som et team for å utforske områder som grotter, men også jobbe sammen for å muliggjøre nye typer bevegelse. En dag håper NASA at de kan brukes til å utforske andre planeter.

Disse tilnærmingene er utrolig spennende. I begge eksemplene er imidlertid robotene som brukes identiske med hverandre. Det trenger ikke være tilfelle. Faktisk, i mange scenarier, kan det være mer nyttig hvis team med roboter var bygd opp av roboter med vidt forskjellige ferdigheter. Du vet, som effektive team av mennesker.

Tenk for eksempel på samarbeidende robotteam som jobber sammen i et søk og redningsoppdrag etter en naturkatastrofe. Dette er noe som allerede er blir aktivt utforsket på grunn av faren som ligger i å sende inn menneskelige redningsmenn. Men mens det å ha flere enheter av samme robot kan det utvilsomt være nyttig i visse redningsaksjoner miljøer, det å kunne bringe sammen roboter med forskjellige ferdighetssett kan bevise enda mer verdifulle.

Tenk deg å bruke en speiderrobot med avanserte optikkegenskaper i kombinasjon med en tyngre robot som er der for å flytte steinsprut ut av veien eller bringe mat og vann til ofrene. Denne muligheten til å bruke flere typer roboter sammen er noe som for tiden utforskes i DARPAs Subterranean Grand Challenge. Deltakere i konkurransen må utvikle autonome roboter for å utforske underjordiske miljøer. I stedet for å være begrenset til én type robot, kan de imidlertid bygge tag-team som består av flere typer maskiner, alt fra firbeinte hunde-inspirerte roboter til flygende droner.

Alt handler om kontroll

Som alle som noen gang har jobbet i et team vil vite, er lederskap et stort spørsmål når det gjelder å diktere mål. Når det gjelder roboter, er dette ikke mindre en bekymring - og det er flere mulige svar.

"Vi bruker en sentralisert, i motsetning til distribuert, kontrollarkitektur," sa Benjamin Jenett, en forsker på BILL-E-prosjektet. "Dette betyr at en enkelt enhet, i dette tilfellet en bærbar datamaskin, beregner [hele] byggesekvensen og robotbaneplanlegging, og sender kommandoer trådløst til de mobile robotene. Roboter utfører deretter denne banen som består av et lite sett med foreskrevne bevegelser - trinn, snu, ta opp, plasser - med en begrenset mengde sansing for tilbakemelding."

Jenett bemerker at denne typen sentralisert kontrollarkitektur kan oppnå optimale resultater lettere siden alt er programmert på forhånd. I dette tilfellet er "entiteten" han refererer til som prosjektlederen på en byggeplass: planlegging alt på forhånd og sørge for at hvert medlem av teamet vet hva de skal være driver med. Det er imidlertid ikke en perfekt løsning, da det gjør det sårbart for et enkelt feilpunkt. Som et resultat sa Jenett at teamet ser på distribuerte kontrollsystemer for fremtiden.

"Dette krever mer autonomi fra robotene, [som betyr] sansing og beslutningstaking," sa han. "Men vi føler at maskinvaren vår lett kan modifiseres for å inkludere disse endringene i de kommende fasene av dette arbeidet."

Denne utfordringen vil fortsette i årene som kommer. Å få flere roboter til å snakke med hverandre er et enormt komplekst problem, som krever mye forhåndsplanlegging. Fremskritt innen svermintelligens vil imidlertid også tillate roboter å fungere sammen i visse applikasjoner med distribuerte former for intelligens. Som en fugleflokk, der hver fugl reagerer på sine nærmeste naboer, men ingen fugl leder flokken, har dette et enormt potensial. Spesielt når det gjelder å improvisere strategier.

Bare starten på historien

Akkurat nå er vi fortsatt i starten av denne spesielle reisen. Som samarbeid mellom mennesker og roboter på arbeidsplassen, forblir samarbeidende team av roboter stort sett provinsen for forskningslaboratorier. Men det vil ikke forbli slik.

Som demonstrert av alt fra Starship Technologies sine leveringsroboter til ANYbotics' ANYmal oljerigg-inspeksjonsroboter, roboter blir en del av hverdagen. Og der bedrifter akkurat nå bruker en eller to roboter for å utføre oppgaver, vil det antallet garantert vokse.

Så de bør begynne å komme overens - for all vår skyld.

Redaktørenes anbefalinger

• Møt den skiftende pitching-roboten som perfekt kan etterligne ethvert menneskekast
• Den morsomme formelen: Hvorfor maskingenerert humor er den hellige gral til A.I.
• Delvis Terminator, dels skjelvinger: Denne robotormen kan svømme gjennom sand
• Lyden av vitenskap: Hvorfor lyd er den neste frontlinjen i Mars-utforskningen
• Utviklende, selvreplikerende roboter er her - men ikke bekymre deg for et opprør