Insektadfærd, miniaturebimps kan låse nøglen til militær sværmteknologi op

Forskere ved U.S.Naval Research Laboratory fløj en flåde med 30 miniature autonome blimps i fællesskab for at teste autonome systemers sværmende adfærd. Blimps reagerede på hinanden under flyvningen og reagerede på ændrede forhold.

Don Sofge, bly til den distribuerede autonome systemgruppe på NRL, og hans team arbejder på at undersøge mere om autonome supersværme. Deres mål er at flyve mere end 100 kontrollerede miniaturebimps i år.

Georgia Tech -forskere skabte miniatureblindplatformen og fortsætter med at levere designopgraderinger i samarbejde med Sofges gruppe. Dette år, de opgraderer motorerne, tilføje sensorer og lave designjusteringer.

"Processen er en konstant give-and-take med design og skala, "Sofge sagde." Det er bedre at starte med et enkelt design. Du starter med noget, der virker, og foretager derefter trinvise ændringer. Der er udfordringer med design, og der er udfordringer med skalering. Så vi redesigner og skalerer derefter op for at producere de 100 blimps. Vi tager det et skridt ad gangen. "

Videnskaben om sværm

Et af målene for Sofges forskning er at forstå de potentielle anvendelser for sværme af autonome systemer - både defensive og offensive. Nogle ønskede fremkomne adfærd omfatter beskyttelse af et aktiv, giver område dækning, udfører rekognoscering, eller simpelthen bevæge sig i formation fra et sted til et andet.

Han sammenligner individuelle autonome agenter med myrer i en koloni. Myrer udfører handlinger, der ofte sidestilles med et samfunds funktioner, men de har ikke en central kontrol. Muligheden for at replikere individuel adfærd i autonome systemer er af stor interesse for forskere.

"Vi bruger disse som platforme til at demonstrere sværmadfærd, "Sofge sagde." Adfærd programmeres ind i hver agent individuelt. Ideen er, at hver agent tager sine egne beslutninger, fornemmer verden omkring den, så gruppens handling resulterer i en eller anden ønskelig fremtrædende adfærd. "

"For at få sværmen til at gøre noget nyttigt, du skal tænke over, hvordan du programmerer den enkelte, "sagde han." Hvilken adfærd eller algoritmer kører på den enkelte agent? I naturen, de fleste koloni- eller sværmsystemer har ingen centraliseret kontrol. Hvert individ interagerer dybest set med sit miljø, men samlet er de i stand til at gøre meget interessante og nyttige ting. "

Sofge og hans team planlægger at designe sådan adfærd for at skalere opadgående sværmende adfærd til at involvere så mange som 10, 000 autonome systemer.

"Hvis du arbejder med en traditionel centraliseret kontrolarkitektur, skal du håndtere udfordringerne ved at kommunikere med 10, 000 agenter hver for sig, "Sofge sagde." Du kan ikke antage, at alle ved, hvor alle andre er, fordi de kun interagerer lokalt baseret på, hvad de fornemmer og de beslutninger, de træffer, og de handlinger, de foretager lokalt. "

NRL -forskerteamet arbejder også på at etablere en problemfri netværksarkitektur. De udnytter eksisterende netværksarkitekturer og protokoller for et stort antal objekter, der arbejder sammen. Hvert objekt i en sværm er dynamisk, og dets placering er aldrig fastlagt. Objektet kan bevæge sig ind og ud af netværket, hvilket gør overlejring af en netværksarkitektur ekstremt vanskelig.

Autonome genstande i en sværm skal klare en udfordring, der er almindelig i militære miljøer:kommunikation. Det amerikanske forsvarsministerium opererer over hele verden, fra den afkølende Arktis til varme tropiske skove. At forblive i kommunikation med en agent på trods af ugæstfrie miljøer og potentiel fjendestop er noget, Sofge og hans team skal huske på, når de udvikler sværmende teknologi.

Autonomiens historie, der efterligner livet

Undersøgelsen af ​​sværmende adfærd ved NRL begyndte i 1990'erne og var baseret på begrebet fysikomimetik, en fysikbaseret tilgang, der modellerer opførsel af ladede partikler, der interagerer med hinanden. Senere, sværmende fremgangsmåder udviklet ved NRL var biologi-inspireret af dyrsværme, såsom bier, myrer og fugle i naturen.

"I fysikomimetik, du definerer objekter som partikeltyper og opretter kraftlove til at beskrive handling mellem disse partikeltyper, "Sofge sagde." Ved at vælge din partikeltype og tvinge love på passende vis kan du få sværme af agenter til at gøre interessante ting, som at bevæge sig i dannelse og flyde rundt om objekter. "

Ved hjælp af bioinspirerede koncepter såsom kvorumfølelse, en evne, som bakterier bruger til at kommunikere og koordinere via signalmolekyler, Sofges team demonstrerede komplekse gruppebeslutninger ved hjælp af simpel agentbaseret adfærd.

NRLs forskere har avanceret fysikomimetik og naturinspirerede teknikker til teams af autonome systemer og planlægger at fortsætte med at udvikle nye algoritmer til sværmende adfærd. De seneste fund har avanceret sværmeteknologi og viser potentiale for fremskridt inden for grænseflader mellem mennesker og maskiner.