Internationale Zeitschrift für Schwarmintelligenz und Evolutionsberechnung

Abstrakt

Räumlich-zeitliche Muster fungieren als Rechenmechanismen, die emergentes Verhalten in Roboterschwärmen steuern

Terry Jack MDA, Khuman SA und Owa K

Unser Ziel ist es, einen Roboterschwarm zu kontrollieren, ohne seine schwarmartige Natur zu entfernen. Mit anderen Worten, wir zielen darauf ab, das emergente Verhalten eines Roboterschwarms intrinsisch zu kontrollieren. Frühere Versuche, Roboterschwärme oder ihr selbstkoordinierendes emergentes Verhalten zu steuern, haben sich als ineffektiv erwiesen, hauptsächlich aufgrund der inhärenten Zufälligkeit des Schwarms (was ihn schwer vorhersehbar macht) und seiner völligen Einfachheit (es fehlt ein Anführer, jegliche Art zentraler Kontrolle, Fernkommunikation, globales Wissen, komplexe interne Modelle und es funktionieren nur nach ein paar grundlegenden, reaktiven Regeln). Das Hauptproblem besteht darin, dass emergente Phänomene selbst nicht vollständig verstanden werden, obwohl sie im Mittelpunkt der aktuellen Forschung stehen. Die Forschung an 1D- und 2D-Zellularautomaten hat eine verborgene Rechenschicht aufgedeckt, die die Mikromakrolücke überbrückt (d. h. wie individuelle Verhaltensweisen auf der Mikroebene die globalen Verhaltensweisen auf der Makroebene beeinflussen). Wir vermuten, dass dem emergenten Verhalten eines Roboterschwarms auch eingebettete Rechenmechanismen zugrunde liegen. Um diese Theorie zu testen, simulierten wir Roboterschwärme (dargestellt als Partikel und dynamische Netzwerke) und entwickelten dann lokale Regeln, um verschiedene Arten intelligenten, emergenten Verhaltens zu induzieren (und entwickelten genetische Algorithmen, um Roboterschwärme mit emergentem Verhalten zu entwickeln). Schließlich analysierten wir diese Roboterschwärme und konnten unsere Hypothese bestätigen. Die Analyse ihrer Entwicklungen und Interaktionen im Laufe der Zeit offenbarte verschiedene Formen eingebetteter räumlich-zeitlicher Muster, die Informationen im Schwarm speichern, verbreiten und parallel verarbeiten, und zwar gemäß einer internen, auf Kollisionen basierenden Logik (wodurch das Rätsel gelöst wurde, wie einfache Roboter in der Lage sind, sich selbst zu koordinieren und globales Verhalten im Schwarm entstehen zu lassen).