Les robots inspirés des poissons coordonnent les mouvements sans aucun contrôle extérieur

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L'essaim robotique nage comme un banc de poissons
Ces robots inspirés des poissons peuvent synchroniser leurs mouvements sans aucun contrôle extérieur. Basé sur la simple production et détection de lumière LED, le collectif robotique présente des comportements auto-organisés complexes, y compris l’agrégation, la dispersion et la formation de cercles. Crédit: Groupe de recherche sur les systèmes auto-organisés

Les bancs de poissons présentent des comportements complexes et synchronisés qui les aident à trouver de la nourriture, à migrer et à échapper aux prédateurs. Aucun poisson ou équipe de poissons ne coordonne ces mouvements et les poissons ne communiquent pas entre eux pour savoir quoi faire ensuite. Ces comportements collectifs émergent plutôt d’une soi-disant coordination implicite – les poissons individuels prennent des décisions en fonction de ce qu’ils voient faire leurs voisins.

Ce type d’auto-organisation et de coordination décentralisées et autonomes fascine depuis longtemps les scientifiques, en particulier dans le domaine de la robotique.

Désormais, une équipe de chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) et du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ont développé des robots inspirés des poissons qui peuvent synchroniser leurs mouvements comme un véritable banc de poissons, sans aucun contrôle externe. C’est la première fois que des chercheurs démontrent des comportements collectifs 3D complexes avec coordination implicite dans des robots sous-marins.

«Les robots sont souvent déployés dans des zones inaccessibles ou dangereuses pour les humains, des zones où l’intervention humaine pourrait même ne pas être possible», a déclaré Florian Berlinger, Ph.D. Candidat à SEAS et Wyss et premier auteur de l’article. « Dans ces situations, il est vraiment avantageux pour vous d’avoir un essaim de robots hautement autonomes et autosuffisant. En utilisant des règles implicites et une perception visuelle 3D, nous avons pu créer un système qui a un haut degré d’autonomie et de flexibilité sous l’eau. où des choses comme le GPS et le WiFi ne sont pas accessibles. « 

Crédit: Berlinger et al., Sci Robot. 6, eabd8668 (2021)

La recherche est publiée dans Robotique scientifique.

L’essaim robotique inspiré des poissons, surnommé Blueswarm, a été créé dans le laboratoire de Radhika Nagpal, professeur Fred Kavli d’informatique à SEAS et membre du corps professoral associé à l’Institut Wyss. Le laboratoire de Nagpal est un pionnier des systèmes d’auto-organisation, de leur essaim de 1000 robots Kilobot à leur équipe de construction robotique inspirée des termites.

Cependant, la plupart des essaims robotiques précédents opéraient dans un espace bidimensionnel. Les espaces tridimensionnels, comme l’air et l’eau, posent des défis importants pour la détection et la locomotion.

Vidéo montrant tous les comportements scolaires Blueswarm, y compris la formation de cercle, la recherche collective et le rassemblement autour d’une cible, l’auto-organisation dans l’espace et l’auto-organisation au fil du temps. Crédit: Berlinger et al., Sci Robot. 6, eabd8668 (2021)

Pour surmonter ces défis, les chercheurs ont développé un système de coordination basé sur la vision dans leurs robots de pêche basé sur des lumières LED bleues. Chaque robot sous-marin, appelé Bluebot, est équipé de deux caméras et de trois lumières LED. Les caméras embarquées à objectif poisson détectent les LED des Bluebots voisins et utilisent un algorithme personnalisé pour déterminer leur distance, leur direction et leur cap. Sur la base de la simple production et détection de lumière LED, les chercheurs ont démontré que le Blueswarm pouvait présenter des comportements complexes auto-organisés, y compris l’agrégation, la dispersion et la formation de cercles.

L'essaim robotique nage comme un banc de poissons
Un Blueswarm mêlé de vrais poissons. Crédit: Berlinger et al., Sci Robot. 6, eabd8668 (2021)

« Chaque Bluebot réagit implicitement aux positions de ses voisins », a déclaré Berlinger. « Donc, si nous voulons que les robots s’agrègent, alors chaque Bluebot calculera la position de chacun de ses voisins et se déplacera vers le centre. Si nous voulons que les robots se dispersent, les Bluebots font le contraire. Si nous voulons qu’ils nagent comme une école en cercle, ils sont programmés pour suivre les lumières directement devant eux dans le sens des aiguilles d’une montre. « 

Les chercheurs ont également simulé une simple mission de recherche avec une lumière rouge dans le réservoir. En utilisant l’algorithme de dispersion, les Bluebots s’étalent à travers le réservoir jusqu’à ce que l’on s’approche suffisamment de la source de lumière pour la détecter. Une fois que le robot détecte la lumière, ses LED commencent à clignoter, ce qui déclenche l’algorithme d’agrégation dans le reste de l’école. De là, tous les Bluebots s’agrègent autour du robot de signalisation.

L'essaim robotique nage comme un banc de poissons
Les composants clés d’un Bluebot comprennent quatre ailettes oscillantes qui permettent des manœuvres agiles et deux caméras omnidirectionnelles qui détectent les LED de lumière bleue des voisins. Crédit: Berlinger et al., Sci Robot. 6, eabd8668 (2021)

« Nos résultats avec Blueswarm représentent une étape importante dans l’enquête sur les comportements collectifs auto-organisés sous l’eau », a déclaré Nagpal. «Les informations tirées de cette recherche nous aideront à développer de futurs essaims sous-marins miniatures capables d’effectuer une surveillance environnementale et de rechercher dans des environnements visuellement riches mais fragiles comme les récifs coralliens. Cette recherche ouvre également un moyen de mieux comprendre les bancs de poissons, en recréant synthétiquement leur comportement.


Robots autonomes: un essaim de milliers de robots auto-organisé (avec vidéo)

Plus d’information: F. Berlinger et al., « Coordination implicite des comportements collectifs sous-marins 3D dans un essaim de robots inspirés des poissons », Robotique scientifique (2021). robotics.sciencemag.org/lookup… /scirobotics.abd8668
Fourni par Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

Citation: Des robots inspirés des poissons coordonnent les mouvements sans aucun contrôle extérieur (2021, 13 janvier) récupéré le 13 janvier 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-01-fish-inspired-robots-movements.html

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