適應(yīng)環(huán)境，協(xié)同工作和推選領(lǐng)導(dǎo)這三件事，機(jī)器人已經(jīng)學(xué)會(huì)了
一群小型機(jī)器人已經(jīng)將團(tuán)隊(duì)合作提升到下一個(gè)層次，將他們的神經(jīng)系統(tǒng)連接起來(lái)，并將它們合并成一個(gè)「大腦」。
最新一期《自然通訊》上發(fā)表的一篇論文中描述了機(jī)器人及其「可調(diào)節(jié)的神經(jīng)系統(tǒng)」。該技術(shù)允許一個(gè)全新的類(lèi)機(jī)器人，庫(kù)卡機(jī)器人，它可以像中央處理器的機(jī)器人一樣健壯，但也可以作為一組自我組裝的機(jī)器來(lái)適應(yīng)。
論文合著者M(jìn)arcoDorigo說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人維修，可移植的神經(jīng)系統(tǒng)是一種「中間軟件」，允許機(jī)器人在不失去自我組織的好處的情況下協(xié)調(diào)工作。
Dorigo是比利時(shí)科學(xué)研究基金的研究主管，也是布魯西勒大學(xué)圖書(shū)館的人工智能實(shí)驗(yàn)室Iridia的聯(lián)席主任。他和同事們?cè)O(shè)想，未來(lái)的機(jī)器人將會(huì)有一個(gè)特定的功能，將機(jī)器人單元連接在一起，形成獨(dú)特的形狀和大小來(lái)完成特定的工作。
在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，機(jī)器人合并，分開(kāi)，重新連接到各種形狀，每次保持它們的感官和運(yùn)動(dòng)功能。他們加入了機(jī)器人單元，這些機(jī)器人單元有一個(gè)特定的工具來(lái)完成任務(wù)，比如舉起一塊假磚，通過(guò)消除或替換一個(gè)失靈的大腦單元來(lái)自我修復(fù)。
可調(diào)節(jié)的神經(jīng)系統(tǒng)是機(jī)器人世界中最好的，機(jī)器人有一個(gè)中央控制器，它向機(jī)器的其他部分發(fā)送信號(hào)來(lái)控制馬達(dá)，移動(dòng)四肢或其他功能。例如，如果這些機(jī)器人中有幾個(gè)在一起建造磚墻，你可以讓一個(gè)負(fù)責(zé)運(yùn)送水泥，另一個(gè)負(fù)責(zé)堆砌磚塊。Dorigo說(shuō)，你知道誰(shuí)應(yīng)該負(fù)責(zé)，你可以編程電腦，讓機(jī)器人做你想做的事。
如果你需要在這個(gè)過(guò)程中增加更多的機(jī)器人，來(lái)分類(lèi)磚塊或者混合水泥，機(jī)器人之間的交流就會(huì)變得更加復(fù)雜，信息之間的交流也會(huì)變得很困難。如果磚塊堆垛機(jī)壞掉了，除非它被重新編程，否則這個(gè)停止器無(wú)法完成任務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)很快就會(huì)崩潰。
這些機(jī)器人可以連接起來(lái)，對(duì)它們的環(huán)境做出反應(yīng)，并將權(quán)力委托給一個(gè)小組的單個(gè)成員。也可以添加新的機(jī)器人和合并組，如果機(jī)器人的領(lǐng)導(dǎo)者被損壞或者電池耗盡，其他的機(jī)器人可以選擇一個(gè)新的領(lǐng)導(dǎo)者并繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。
機(jī)器人也可以連接起來(lái)，這樣它們就能完成自己無(wú)法完成的任務(wù)。研究小組演示了一個(gè)機(jī)器人，為了舉起一塊磚，必須與另一個(gè)手臂相連的機(jī)器人連接。
能夠和諧工作的機(jī)器人并不少見(jiàn)，比如飛行無(wú)人機(jī)可以一起跳舞，重建陣型。Dorigo說(shuō)，不同之處在于，這些無(wú)人機(jī)經(jīng)常以預(yù)先編程的方式運(yùn)行，利用它們的能力來(lái)感知它們的位置。因此它們適應(yīng)能力有限。
而這些機(jī)器人可以通過(guò)連接創(chuàng)造一種神經(jīng)系統(tǒng)，決定哪一個(gè)是大腦，庫(kù)卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，這種安排使團(tuán)隊(duì)能夠適應(yīng)新的環(huán)境。在一段視頻中，一個(gè)機(jī)器人停止運(yùn)作，另一個(gè)機(jī)器人選擇了新的領(lǐng)導(dǎo)者，機(jī)器人知道他們的領(lǐng)導(dǎo)已經(jīng)停止工作了，因?yàn)樗怀姓J(rèn)來(lái)自其他人的信號(hào)。
該論文第一作者NithinMathews說(shuō)，這種裝置之所以能起作用，是因?yàn)檫@些機(jī)器人都有一個(gè)與它們相連的其他機(jī)器人的內(nèi)部地圖，而這張地圖看起來(lái)就像一棵層次分明的樹(shù)。當(dāng)領(lǐng)頭機(jī)器人停止工作時(shí)，其他人可以看到它們?cè)跇?shù)上的位置，那些更接近「根」的人更有可能被選為領(lǐng)導(dǎo)。
此外，當(dāng)兩組機(jī)器人結(jié)合在一起時(shí)，第一組的領(lǐng)導(dǎo)者可以將其他機(jī)器人的內(nèi)部地圖轉(zhuǎn)換成第二組的領(lǐng)導(dǎo)，放棄領(lǐng)導(dǎo)地位，成為現(xiàn)在更大的群體的一部分。
Mathews說(shuō)部分靈感來(lái)源于黏菌，它們是簡(jiǎn)單的有機(jī)體，結(jié)合在一起，表現(xiàn)為一種超級(jí)有機(jī)體。這些機(jī)器人的工作方式類(lèi)似。「黏液霉菌可以作為單一的身體聚集在一起，但神經(jīng)系統(tǒng)卻不見(jiàn)了，高階動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)與單個(gè)大腦單元有關(guān)。我們想，『讓這些世界在一起吧。』」
雖然到目前為止使用的機(jī)器人非常簡(jiǎn)單，但成就表明，機(jī)器人可以接受訓(xùn)練，以適應(yīng)新的環(huán)境。它們甚至可以由許多部分組成：想象一下，一個(gè)機(jī)器人正在使用一只手臂來(lái)?yè)炱鹗裁礀|西，手臂被損壞了，那個(gè)機(jī)器人可以去尋找新的肢體。
「這就像一群人聚集在一起蓋房子，」Dorigo說(shuō)，每個(gè)人都知道該做什么，但如果沒(méi)有結(jié)構(gòu)，沒(méi)有等級(jí)，建造房子是很困難的。這些新機(jī)器人創(chuàng)造了他們自己的等級(jí)制度，他們選擇一個(gè)人作為領(lǐng)導(dǎo)者，這可以指導(dǎo)其他人。
模塊化機(jī)器人有更大的靈活性，世界各地的一些研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明了成群的機(jī)器人不是由中央大腦控制的，而是每一個(gè)都有計(jì)算機(jī)程序，允許它們組織和工作。這些系統(tǒng)更加健壯。如果一個(gè)機(jī)器人壞掉了，其他人就可以不需要重新編程就能完成這項(xiàng)工作。
但他們也面臨著自己的挑戰(zhàn)。主要是每個(gè)機(jī)器人必須被編程，以便當(dāng)它在一個(gè)群體中工作時(shí)，集體執(zhí)行所需的任務(wù)。這是一件非常困難的事情。
這些新機(jī)器人本質(zhì)上是一群由Wi-Fi通信的模塊化單元。當(dāng)它們結(jié)合在一起時(shí)，它們將控制割讓給接管整個(gè)生物體的一個(gè)單位。任何單位都可以成為大腦，他們?nèi)绾畏艞壙刂瓶梢噪S機(jī)發(fā)生，也可以根據(jù)整體需要進(jìn)行更多的指導(dǎo)。
一旦連接起來(lái)，大腦單元就會(huì)發(fā)出高級(jí)指令，將集體神經(jīng)系統(tǒng)傳播到其他單位。如果一個(gè)高級(jí)的命令是針對(duì)某一個(gè)單位的，比如說(shuō)F單元需要撿起一塊磚，機(jī)器人自己的神經(jīng)系統(tǒng)將命令轉(zhuǎn)換為正確的動(dòng)作。這使得編程更簡(jiǎn)單，并且需要更少的計(jì)算處理。
在這個(gè)演示中，機(jī)器人通過(guò)在兩個(gè)維度的地板上滾動(dòng)來(lái)工作，它們之間的連接是剛性的。Dorigo和團(tuán)隊(duì)想要將這項(xiàng)技術(shù)推進(jìn)到具有柔性關(guān)節(jié)的機(jī)器人裝置，并能在三維空間中自由移動(dòng)。