Рои роботов по образу пчёл и муравьёв изменят горное дело

Исследователи из Университета Аделаиды создали новый тип роботизированной системы, подсмотрев его у пчёл и муравьёв. Разработка обещает сделать горную добычу безопаснее, эффективнее и экологичнее.

Принципы роя в робототехнике

Статья, опубликованная в журнале Natural Sciences, изучает, как общественные насекомые сообща ищут и транспортируют пищу. Те же принципы учёные применили к командам маленьких роботов.

Машины работают вместе без единого центра управления - это позволяет им быстрее реагировать на меняющиеся условия. Горная добыча становится всё сложнее: компании уходят в более глубокие, удалённые и труднодоступные места.

Автоматизация повысила безопасность и производительность, но многие существующие системы дороги, негибки и уязвимы - стоит отказать центральному управлению, и всё встанет. Чтобы найти альтернативу, команда из Аделаиды решила проверить: поможет ли природная «командная работа» решить эти проблемы?

Испытание роевого интеллекта

На маленьких роботах Zumo 2040 в лаборатории, имитирующей шахту, учёные опробовали три подхода:

• базовый - робот собирает руду и сразу возвращается;
• по образу муравьёв - роботы делят задачи между собой;
• по образу пчёл - сначала разведка и картографирование участка, потом сбор ресурсов.

Роботы не привязаны к единому центру. Они действуют как рой: каждый принимает решения сам, но все работают сообща. Даже если несколько машин выйдут из строя, система продолжит функционировать.

Пчелиная стратегия вырывается вперёд

Ведущий автор доктор Джовен Тан, проводивший исследование в рамках докторской на кафедре химической инженерии, говорит: природа - лучший учитель.

«Общественные насекомые выработали невероятно эффективные способы совместного решения задач. Перенося эти идеи в робототехнику, мы создаём системы, которые надёжнее, гибче и производительнее - например, для горной добычи».

Результаты впечатляют. Пчелиный подход показал себя лучше всех во всех тестах. Сначала роботы исследовали участок и запоминали, где лежат ресурсы. Это позволило:

• сократить пройденное расстояние до 80%;
• снизить энергопотребление примерно наполовину;
• доставлять руду до 60% быстрее, чем при базовом подходе.

Муравьиный метод тоже улучшил показатели: один робот искал ресурсы, другой - транспортировал, задачи чётко разделились.

Исследование не ограничилось компьютерным моделированием. Команда проверила подходы на реальных роботах в лаборатории, воссоздающей горные работы. Концепции работают на практике.

От лаборатории - к карьеру

Руководитель проекта и соавтор доктор Нуне Мелкумян с кафедры химической инженерии уверена: идеи природы можно превратить в работающие технологии.

«Природа миллионы лет оттачивала способы эффективного взаимодействия в группах. Изучая эти системы, мы создаём технологии, которые гибче, надёжнее и производительнее».Исследователи признают: до широкого внедрения в шахтах ещё далеко. Нужно улучшить датчики, продлить время работы батарей и научить роботов работать в непредсказуемых подземных условиях.

Но потенциал огромен.

«Роевые роботы могут работать в опасных или труднодоступных зонах шахт - это снизит риски для людей и повысит производительность. А ещё они пригодятся в будущих космических миссиях, где без полностью автономных систем не обойтись. Наше исследование доказывает: роевая робототехника - уже не теория. Такие системы можно собрать, испытать и запустить в реальных условиях. И они способны изменить то, как мы ищем, добываем и транспортируем ресурсы».

Теги: Adelaide University, свайная робототехника, горное дело, биоинспирированные роботы, автоматизация