Обмен ресурсами повышает устойчивость роботов

Конструкторы роботов всегда сталкиваются с дилеммой: чем больше функций способна выполнять машина, тем больше в ней уязвимых мест. Однако исследователи из лаборатории перестраиваемой робототехники EPFL под руководством Джейми Пайк сумели не просто обойти эту проблему, а обратить её вспять. Они создали модульного робота-оригами Mori3, который снижает вероятность отказа благодаря тому, что его отдельные модули делятся друг с другом ресурсами.

Идею ученые почерпнули у природы. В стаях птицы обмениваются информацией, деревья предупреждают соседей об опасности, а клетки непрерывно переносят питательные вещества через мембраны, так что гибель одной клетки не влияет на весь организм. В классических модульных роботах отказ одного элемента часто выводит из строя всю систему. Некоторые конструкции пытаются решить эту проблему резервированием или самопереконфигурацией, но обычно полностью восстановить функции не удается.

Новый подход основан на гипер-избыточности: все критически важные ресурсы — питание, связь и сенсорика — распределяются между всеми модулями без изменений физической структуры. В эксперименте с роботом Mori3, состоящим из четырех треугольных модулей, исследователи полностью лишили центральный модуль энергии, беспроводной связи и способности воспринимать окружающую среду. Обычно такой «мертвый» модуль заблокировал бы движение остальных, но соседние модули полностью компенсировали его недостаток. В результате робот успешно дошел до барьера и, изогнувшись, прополз под ним.

По словам исследователей, впервые удалось обратить вспять тенденцию роста вероятности отказа с увеличением числа функций. Если делиться только одним-двумя ресурсами, надежность все равно падает, но когда распределяются все ресурсы, ситуация меняется. Ученые назвали это локальным обменом ресурсами — новой парадигмой робототехники. В дальнейшем они планируют применить концепцию к роям роботов, создав аппаратные средства для стыковки и передачи энергии и информации между членами роя.