Individuellement, ces robots sont stupides. Mais quand ils travaillent ensemble ? Impressionnant!

Les chercheurs ont démontré comment des essaims de robots à faible coût sans programmation sophistiquée peuvent effectuer des tâches complexes s’ils travaillent ensemble. Les résultats pourraient avoir de larges implications pour la facilitation du comportement collectif dans les systèmes robotiques à l’avenir, ont-ils déclaré.

Une équipe du Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) a développé une série de soi-disant « robots stupides » – essentiellement des particules granulaires mobiles – sans aucun capteur, communication, mémoire ou calcul. Les chercheurs les ont surnommés BOBbots, c’est-à-dire des robots qui se comportent, s’organisent, bourdonnent ou un clin d’œil au pionnier de la physique granulaire Bob Behringer, puis ont cherché à voir ce qu’ils pouvaient faire en se basant sur les principes de la physique plutôt que sur l’informatique complexe.

En effet, bien que les robots deviennent de plus en plus sophistiqués et coûteux, il est toujours difficile de les faire travailler ensemble en essaims pour effectuer une tâche collective, a reconnu Dana Randall, professeur d’informatique et de physique à Georgia Tech, qui a dirigé la recherche.

S’inspirant des fourmis – qui peuvent construire des structures, coordonner leurs systèmes physiques pour former des aimants ou modifier collectivement la structure à une certaine température – l’équipe a cherché à voir si elles pouvaient faire en sorte que leurs robots se comportent de la même manière.

« Notre objectif global est de comprendre quelles tâches collectives peuvent être accomplies sans pratiquement aucune coordination ni calcul », a déclaré Dana Randall, professeur d’informatique et de physique à Georgia Tech. Nouvelles de conception. « Nous cherchons à voir si les groupes peuvent être coordonnés grâce à un minimum d’informations et d’interactions. »

Ce qu’ils ont découvert, c’est qu’il est possible d’amener les robots à accomplir un ensemble de tâches en tirant parti de leurs caractéristiques physiques, un trait que l’équipe appelle « l’incarnation de la tâche », a-t-elle déclaré.

La physique, pas l’informatique

La plupart des robots complexes développés aujourd’hui utilisent une programmation et des instructions informatisées comme base de leur fonctionnalité. Pour que les BOBbots fonctionnent d’une manière spécifique, les chercheurs ont adopté une approche plus fondamentale, a déclaré Randall.

« Si nous traitons un essaim comme une matière granulaire ou des particules interagissant localement, le comportement global peut être déterminé par des changements de phase dans le collectif, le considérant comme un matériau », a-t-elle déclaré. Nouvelles de conception. « Le comportement collectif émerge sans sur-spécifier le comportement de chaque individu, mais plutôt à cause des lois mathématiques et physiques des particules en interaction. »

Les chercheurs ont été motivés par les structures et la dynamique de groupe observées dans les organismes de base et même dans les particules, en se concentrant en particulier sur l’étude des comportements de groupe, tels que la collecte compacte, la dispersion et la coordination pour éliminer les impuretés au sein du collectif, a-t-elle expliqué.

L’équipe a développé une plate-forme expérimentale de BOBbots, qui ont été conçus avec un châssis cylindrique doté de brosses vibrantes en dessous et d’aimants lâches sur leur périphérie. Ce que les chercheurs ont découvert, c’est qu’au fur et à mesure que les robots se déplaçaient et se heurtaient, des groupes agrégés compacts se formaient qui pouvaient effectuer collectivement une tâche qu’un seul robot ne pouvait pas accomplir, a déclaré Randall.

Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans la revue Avancées scientifiques.

Implications futures

En plus de prouver leur théorie, l’équipe a également appris de nouvelles choses sur le comportement collectif des robots grâce à leurs observations qui ont des implications plus importantes pour le domaine de la robotique, nous a-t-elle dit.

« Bien que les aimants semblent judicieux pour des tâches telles que rassembler les robots, rien ne prédit que l’ensemble non seulement se développera mais se compactera également », a expliqué Randall à Nouvelles de conception. « Cela nous a donné des prédictions précises pour les robots que nous avons pu mesurer et confirmer. »

Les chercheurs ont également découvert qu’en ajoutant une détection minimale afin qu’un robot puisse estimer les forces agissant sur lui par d’autres robots, ils pourraient améliorer les performances et obtenir des collections plus étroites et plus grandes de robots travaillant collectivement, a-t-elle déclaré. Cela pourrait ouvrir la voie à un futur appariement de la physique et du calcul pour les systèmes robotiques, a-t-elle déclaré.

« Nous essayons de développer un modèle de calcul hybride qui restreint certains mouvements autorisés en théorie et ajoute des comportements disponibles dans la pratique », nous a dit Randall. « Cette approche à deux volets donnera un aperçu des collectifs, qu’il s’agisse d’essaims de robots, de matériaux granulaires et de colloïdes qui sont des nanoparticules à une échelle nettement plus petite. »