De har varit bland oss ett tag nu. Små mikrobotar som arbetar tillsammans för att bekämpa sjukdomar, hitta en förlorad soldat eller till och med bygga en ny struktur har dykt upp i science fiction-filmer som Minoritetsrapport förr. Och flera företag, inklusive IBM och HP, har visat hur några små robotar kan kommunicera med varandra för att slutföra en uppgift.
Nu har Harvard-forskare utvecklat kiloboten, en liten robot som kostar bara 14 dollar att bygga och kommunicerar med infraröd. Huvudskillnaden: hundratals eller till och med tusentals kilobotar kan utföra komplexa uppgifter. I framtiden kan dessa bots sätta scenen för snabb prototypmontering. Föreställ dig tusentals kilobotar som bygger en bro eller till och med en skyskrapa, eller går in i en krigszon för att hitta fiendens installationer och inaktivera vapen en efter en.
Mike Rubenstein är en postdoktor som arbetar i Forskningsgrupp för självorganiserande system vid Harvard University. Han förklarade att de små botarna använder två vibrerande motorer för rörelse och kommunicerar med andra bots genom skickar ett infrarött ljus till en yta — de vet var andra bots befinner sig genom att läsa ljuset intensitet.
Den största skillnaden, säger han, mellan några tidigare svärmbotar och kilobiten är att de nya botarna är äkta robotar: De arbetar tillsammans, men följer inte bara en förutbestämd rutt. De är mer som en Roomba än en RC-bil som bara följer en operatörs kommandon. Med Roomba har boten tillräckligt med intelligens för att övervaka miljön och leta efter hinder och använda tusentals algoritmer för att hitta en optimal rutt.
"Den huvudsakliga kortsiktiga tillämpningen är för att testa svärmalgoritmer på ett storskaligt robotsystem", säger Rubenstein. "Vi kan programmera dem att flytta och interagera med närliggande robotar. Det finns många möjliga beteenden, hittills har vi arbetat med födosök och prospektering.”
Rubenstein säger att han kan föreställa sig ett framtidsscenario där botarna används för militära engagemang. Teamet har redan utvecklat en färdplan, kallad Termes, för hur kilobotar kunde bygga en 3D-struktur. Teamet arbetar med en storskalig utbyggnad för kilobotar. Rubenstein föreställer sig också att botarna används för utbildning, vad han kallar "gruppfordonsnavigering" och för miljö kartläggning — en teknik som approximerar hur en region skulle se ut efter korrosion eller efter klimatpåverkan förändra.
Medicinska scenarier
Ett annat exempel på massiv svärmbotsinteraktion involverar så kallade "ninjapartiklar" som IBM utvecklar. Dessa små polymerrobotar fungerar som en cell i din kropp - de innehåller en elektrisk laddning och attraheras av smittämnen i kroppen som en magnet. Läkare kan använda ninjapartiklar som arbetar autonomt i kroppen för att hitta ett sår och börja reparera skadade celler.
"När dessa polymerer kommer i kontakt med vatten i eller på kroppen, monteras de själv till en nanostruktur som är utformade för att rikta in sig på bakteriemembran baserat på elektrostatisk interaktion och bryta igenom deras cellmembran och väggar. Den fysiska karaktären av denna åtgärd förhindrar bakterier från att utveckla resistens mot dessa nanopartiklar, säger Jim Hedrick, forskare vid IBM.
"Dessa medel hindrar bakterierna från att utveckla läkemedelsresistens genom att faktiskt bryta igenom bakterien cellvägg och membran, ett fundamentalt annorlunda angreppssätt jämfört med traditionella antibiotika,” Hedrick säger. Svärmkonceptet, liknande vad Rubenstein utvecklar, betyder att varje enskild polymer inte kan åstadkomma uppdraget på egen hand men måste arbeta med de andra agenterna för att bekämpa en infektion och förändra celler i kropp.
Intressant nog säger Hedrick att ninjapartiklar också kan användas för kommersiella tillämpningar, inte bara inom det medicinska området eller i ett forskningslabb. Han säger att nanostrukturerna kan vara inbyggda i handtvål, deodorant, bordsservetter och handdesinfektionsmedel för att bekämpa infektioner. De kan också användas för att bekämpa stora infektioner som tuberkulos och lungsjukdomar. När partiklarna väl är programmerade utför de sitt "uppdrag" och löses sedan upp naturligt.
Framtida scenarier
Rubenstein var tveksam till att teoretisera om framtida kilobotscenarier. Ändå är det lätt att föreställa sig hur svärmbottar kan bli en del av vår vardag. Huruvida att ha tusentals bots som bygger broar, hittar infektioner eller utkämpar våra strider kan leda till en mikroarmageddon är en annan fråga. Ändå är idén om sensorer i fysiska objekt redan verklighet.
Ett exempel är basketbollen 94Fifty, som säljs för cirka 3 000 dollar. Bollen innehåller en sensor som kommunicerar med programvara för att analysera en spelares skott. Mjukvaran kan användas för att träna nya spelare i skjutmekanik, och data kan användas för ett helt lag för att analysera hur de spelar spelet och hur de kan förbättra sina förmågor. Denna "hive"-analys, som redan är verklighet, visar hur inbyggda sensorer kan arbeta tillsammans i ett team.
Swarmbots använder ett liknande koncept: De kan vara inbäddade i fysiska objekt, kommunicera med varandra och sedan rapportera tillbaka sina aktiviteter till en central server.
Det är särskilt intressant i ett slagfältscenario. Swarmbots kunde fungera som de nya iRobot 110 FirstLook, en snabbinstallationsbot som du kastar till marken.
Boten kan hantera ett 15-fots fall och är vattentät upp till 3 fot. Även om det inte är mikrobotstorlek (varje FirstLook är cirka tio tum lång och väger fem pund) skulle de kunna fungera i en kupa, liknande hur programmerare har designat en svärm av iRobot Roomba-dammsugare för att rengöra stora områden. Vi såg nyligen två Roombas arbeta tillsammans för att dammsuga ett rum, undvika varandra och kommunicera för att slutföra städjobbet på halva tiden.
FirstLook-robotar använder redan infrarött ljus för att hitta vägar på ett slagfält. Även om de inte arbetar självständigt och inte kommunicerar med varandra ännu, är det lätt att föreställa sig hur den här typen av bots skulle kunna koordinera ett utforskande uppdrag i fiendens territorium.
Swarmbot-drönare kan utföra övervakningsuppgifter som ses i det kommande Ghost Recon: Future Soldier spel av Ubisoft, ger spaning som håller soldater säkra. Naturligtvis kan dessa framtidsscenarier verka som science-fiction. Det finns frågor om kostnaden för varje bot på slagfältet, och militära tjänstemän har varit ovilliga att använda robotar i stridssituationer på grund av de moraliska implikationerna (människor har förmågan att skapa bättre impulser beslut). Militära bots används främst för att kartlägga slagfältet idag.
Men som med alla robotinsatser kommer det att förändras när AI förbättras. Swarmbots kan programmeras med en gruppfelsäker som är starkare än en enskild bot. De kan skickas in i en krigszon för att hitta sårade soldater, reparera fordon och till och med inaktivera fiendens vapen.
För närvarande befinner sig svärmbottekniken i ett tidigt utvecklingsskede. Kiloboten är det bästa exemplet hittills som visar hur en lågkostnadsbot kunde utföra enkla uppgifter och arbeta tillsammans i en hord. Om detta leder till en svärm av robotar som kan klippa ditt gräs, reparera ett staket eller bygga ett trädfort på din bakgård är fortfarande okänt.
Redaktörens rekommendationer
- Finishing touch: Hur forskare ger robotar mänskliga taktila sinnen
- Kvinnor med byte: Vivienne Mings plan för att lösa "stökiga mänskliga problem" med A.I.
- De bästa robotarna på CES 2021
- 9 militärrobotar som är totalt skrämmande... och konstigt bedårande
- Inuti hjärnan på en autonom leveransrobot
