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".
