Новый закон поведения роботов: как пингвины вдохновили российскую науку
В области управления большими группами взаимодействующих объектов, от наночастиц до автономных роботов, российские ученые сделали значительный шаг вперед. Исследователи из Пермского Политеха представили универсальный подход к решению этой проблемы, основываясь на принципах коллективного выживания императорских пингвинов.
Природные законы в действии
В природе проблемы взаимодействия групп объектов решаются давно. Например, императорские пингвины в условиях антарктических штормов создают плотные скопления, которые помогают поддерживать более высокую температуру внутри колонии. Если число пингвинов превышает определенный порог, они начинают двигаться в упорядоченном вихре: особи с холодной периферии направляются к более теплому центру, а затем возвращаются на свои места. Этот механизм позволяет избежать централизованного управления и обеспечивает комфортные условия для всех.
Уникальная математическая модель
В основе созданной математической модели лежат два основных правила, заимствованных из наблюдений за пингвинами: стремление к источнику тепла и отталкивание на близком расстоянии. Чем холоднее окружающая среда, тем больше стремится агент к группировке, но при слишком близком сближении возникает эффект давления, который предотвращает столкновения.
Для проверки этой модели ученые использовали рой роботов Kilobot. Экспериментальные результаты показали, что искусственные системы проходят те же стадии, что и живые сообщества. При небольшом количестве агентов образуется статичная структура, однако при превышении критического числа около 110 система переходит к вихревому движению, что позволяет равномерно перераспределять тепло.
Перспективы применения
Обнаруженный пороговый эффект имеет важное практическое значение. Он позволяет заранее определить минимальное число агентов, необходимое для согласованного коллективного поведения это ключевой параметр для проектирования автономных устройств. Открытые принципы могут найти применение в различных областях, включая создание роя беспилотных подводных или космических аппаратов, а также управление нанокапсулами в биомедицине, которые могут накапливаться в области опухоли и высвобождать лекарственные препараты при локальном повышении температуры, пишет "Мир Новостей".