Klára Ponczová, 09. 02. 21
Robotika se rozvíjí i pod vodní hladinou. Robotické rybičky s názvem „Blueboti“ dokáží synchronizovat své plavání v hejnu plném dalších robotických ryb, aniž by je musel organizovat kdokoli zvenčí. Vědci se nyní domnívají, že by se použité algoritmy daly využít i na souši, a to k synchronizaci pohybu autonomních aut a průzkumu vzdálených planet.
Hejna mořských rybek jsou schopná neuvěřitelně synchronizovaných pohybů, nad kterými lidé nepřestávají žasnout. Vědci pátrají po tom, jak je možné, že se hejna čítající někdy až desetitisíce členů ve vteřině pohnou o pět centimetrů doprava a o pět vteřin později o dva metry doleva. Stejnou rychlostí, stejným směrem… aniž by do sebe narážely nebo se z hejna jakkoli vychýlily.
Jako jedna ryba
A právě nad touto decentralizovanou, instinktivní organizací takového počtu členů „jednotky“ poslední roky intenzivně bádají vědci z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) a Wyss Institutu pro biologií inspirované inženýrství. Výsledky jejich bádání by mohly vylepšit výkon a spolehlivost nejen podvodních robotů a dalších strojů, které vyžadují decentralizovaný pohyb a organizaci.
Rybí kolektiv s názvem Blueswarm byl vytvořen vědeckým týmem Radhika Nagpala, jehož vědecká laboratoř je průkopníkem v oblasti sebeorganizovaných systémů.
Rozkošní podvodní Blueboti dokáží synchronizovat své pohyby stejně, jako to dovedou živé ryby. Podněty k pohybu přijímají od svých plastových kolegů bez nutnosti jakéhokoli řízení zvenčí.
"Poznatky z tohoto výzkumu nám v budoucnu pomohou vyvinout menší mořské roje, které budou moct například monitorovat prostředí a prozkoumávat vizuálně bohatá, ale zároveň nesmírně křehká prostředí, jakými jsou například korálové útesy," říká Nagpal. Dalším z cílů tohoto výzkumu je samotné pochopení přirozené rybí synchronizace díky tomu, že ji vědci v podstatě znovuvytvoří – tentokrát uměle.
Co jsou tyhle roboryby vlastně zač?
Úplně prvním vědcem, který se problematikou robotických hejn zabýval, byl Florian Berlinger. Svůj výzkum publikoval v Science Robotics. Blueboti, se kterými výzkum prováděl, měli uvnitř svého vytištěného 3D trupu integrovaná tři modrá LED světla, lithio-polymerovou baterii, dvě kamery, počítač Raspberry Pi a čtyři ovladatelné ploutve.
Kamery s implementovanými rybími čočkami sledovaly LED diody svých rybích kolegů a používaly vlastní algoritmy k výpočtům vzdálenosti, polohy a směru pohybu.
Na základě těchto jednoduchých roborybek a jejich vzájemné detekci LED světel dokázal vědecký tým, že hejno Blueswarm se dokáže samorganizovat. A to včetně shlukování, rozptýlení a vytváření kruhových formací, tedy plavání ve směru hodinových ručiček.
Hledá se roboNemo
Vědcům se rovněž podařilo nasimulovat úspěšnou autonomní vyhledávací misi s názvem „Hledá se Nemo“. Pomocí dispergačního (rozptylovacího) algoritmu se robotické hejno rozptýlilo, dokud jedna z roborybek nenašla v nádrži červené světlo. Poté se její modré LED diody rozblikaly a spustily agregační (shlukovací) algoritmus. Celý zbytek hejna se následně shromáždil kolem ní.
„Každý Bluebot implicitně reaguje na pozice svých rybích kolegů,“ komentuje pokus Berlinger.
Rybí hejna bez šupinatých ředitelů
Rybí hejna nikdy nemají jednoho leadera, kterého by ryby slepě následovaly. Proto má v sobě každá roboryba něco jako WiFi – vysílač, který jí umožní vzdálené nahrání a spuštění nového chování.
Pohyb živého rybího hejna se totiž řídí takzvanou „implicitní koordinací“, kdy jednotliví členové provádějí vysokorychlostní pohyby na základě toho, co vidí, že dělají jejich rybí kolegové.
Miniaturní roboti by kromě zapojení do systémů samořídících aut, vesmírných a záchranných robotů mohli zároveň pracovat 24/7 na místech, která jsou pro lidi na souši i ve vodě nepřístupná. Při prozkoumávání korálových útesů by pak navíc nehrozilo narušení křehkého ekosystému.
Kdybychom jednoduše dokázali být pod vodní hladinou tak samoorganizovaní jako rybí hejna, mohli bychom být v prostředích, kde je vše tak křehké, že se to stává pro lidský pohyb nepřekonatelnou překážkou… jako ryba ve vodě.
Tento článek je chráněn pomocí blockchainové služby Mytitle.
