Hvorfor vi programmerede en robot til at opføre sig som en fårehund

Har du set en fårehund samle får på en bjergskråning? Fårene bevæger sig i bølger og pulserer frem og tilbage, hunden væver bag og omkring dem. Sker du lidt, og det er som at se jernspåner på et stykke papir blive trukket rundt af en magnet nedenunder, eller en flok stære, der suser fra en nærgående falk, eller en fiskestime, der undviger en modkørende pingvin.

Mønstrene ligner hinanden mellem hver begivenhed, fordi den koordinerede adfærd, vi ser i fåreflokke eller fiskeskoler – hvor individer alle er tæt pakket og justeret i en bestemt retning – kan reducere deres chancer for at blive identificeret eller spist af rovdyr.

Fascineret af disse mønstre, vi satte os for at undersøge, hvordan disse anti-rovdyr-effekter virker, ved at bruge GPS til at spore flokke af får og en fårehund:

Det, vi fandt, understøttede den langvarige påstand om, at individuelle dyr reagerer på potentiel fare ved at bevæge sig mod midten af ​​en flygtende gruppe - en teori kaldet den "egoistiske flok", som først blev foreslået af den store evolutionære biolog Bill Hamilton i 1970'erne.

Hunde regler

Imidlertid, der var noget endnu mere interessant end den måde, fårene flokkedes på - fårehundens opførsel. Hvordan formåede hunden at manøvrere og manipulere så mange får med så åbenbar lethed? Hvilke regler brugte hunden? For at undersøge dette byggede vi en model af fåre- og fårehundenes adfærd, og sammenlignede computersimuleringer med de rigtige data, vi havde indsamlet:

Vi fandt ud af, at hunden så ud til at bruge to meget enkle regler. Det ville drive fårene bagfra, mod målet, men hvis fårene bliver for spredte, hunden ville bevæge sig mod kanten af ​​den utætte flok. Fordi fårene bevæger sig væk fra hunden og hen imod hinanden, når hunden kommer for tæt på (husk jernspåner og magnet) er resultatet en sammenhængende fåreflok og en hyrdehund, der væver sig bag flokken.

Men vi kodede ikke vævning ind i vores model – kun de to simple regler – og alligevel præsenterede vores modelhyrde stadig den samme vævningsadfærd som hunden. Dette fænomen, hvor en model har egenskaber, vi ikke "kodede ind", er det, der er kendt som en emergent adfærd.

Robot hyrder

Da vi oprindeligt beskrev denne "hyrdemodel" baseret på de to regler, vi sagde, at vores arbejde "foreslår nye måder, hvorpå robotter kan designes til at påvirke bevægelser af levende og kunstige midler". Dette førte til stor mediebevågenhed, og forargelse over, at vi ville erstatte fårehunde med robotter. Det gjorde vi ikke, men vi tror, ​​det er muligt at bygge robotter til indsamlings- og hyrdeopgaver, inspireret af fårehundens adfærd.

For at teste vores påstande, vi har for nylig programmeret en simpel robot til at følge vores "hunderegler", og fik den til at samle små (levende) plastikgenstande. Vi fandt ud af, at robotten gjorde et fremragende stykke arbejde. Uden hjælp fra os, robotten identificerede og samlede hurtigt genstandene, tilpasser sin adfærd, hvis vi smed flere genstande ind, som den kan samle. Robotten var vellykket i alle vores forsøg:

Det næste skridt er at gøre alt dette i den virkelige verden. Selvom vi brugte en simpel robot i et simpelt laboratoriemiljø, vores resultater indikerer, at vores tilgang kunne bruges til at udføre en række forskellige indsamlings- og hyrdeopgaver.

En passende robot programmeret med vores algoritmer kunne bruges til at rydde op i oliespild, plastik eller andre genstande fra miljøet. Det kan også holde dyr væk fra, eller flokke dem til, et bestemt sted uden menneskelig assistance. For at opnå dette håber vi at samarbejde med ingeniører og robotforskere, som kan hjælpe med at bringe vores arbejde fremad.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.