Teamet afdækker kraften i dynamisk genopretning af sværmsrobotsystemer

Vores verden er fyldt med håbløst komplicerede transportsystemer, finansiere, biologisk liv, og andre. Disse såkaldte komplekse systemer, naturlige eller menneskeskabte, er systemer, der er iboende udfordrende at forudsige på grund af fremvoksende kollektiv dynamik påvirket af eksterne miljøfaktorer.

Kompleksiteten af ​​disse systemer er forankret i de indviklede indbyrdes afhængigheder mellem disse konstituerende elementer og interaktioner med omverdenen. Forståelse af spredning af eksogene forstyrrelser er af afgørende betydning for komplekse systemer. For eksempel, tænk på en lokal nedlukning i den ene ende af elnettet, og hvordan det kan føre til en massiv kaskadefejl, snebold ind i en storstilet blackout som 2003 Northeast blackout i USA. Eller hvordan en snestorm i hovedstadsområdet New York udløser en lavine af forsinkede flyselskaber i San Francisco, Los Angeles, og på hele vestkysten. Eller modefæller introduceret af berømtheder, der nogle gange går viralt, udbrede og forstærke gennem tweets/retweets, deling og likes.

For decentraliserede netværkssystemer, der opererer i dynamiske miljøer, evnen til at reagere på skiftende omstændigheder er altafgørende. Det kan være et spørgsmål om liv og død for fugle, der flokkes og manøvrerer, for at undslippe et rovdyrangreb. Det kan også være et spørgsmål om optimal effektivitet for multirobotsystemer, der arbejder kollektivt og udsættes for ændrede forhold. Det er derfor kritisk at undersøge og forstå netværkstopologiens indflydelse på systemets kollektive respons.

Med det i tankerne, Bouffanais og hans team ved Singapore University of Technology and Design (SUTD) betragtede en arketypisk model for distribueret beslutningstagning. Målet var at studere systemets kollektive kapacitet til at reagere på lokale eksterne forstyrrelser. Deres teoretiske netværksvidenskabelige resultater blev verificeret med eksperimenter på den kollektive adfærd fra en sværm af landrobotter. De afslørede et utriveligt forhold mellem forstyrrelsens dynamik og den optimale netværkstopologi. Sværmens fremkomne kollektive reaktion på en langsomt skiftende forstyrrelse stiger med graden af ​​interaktionsnetværk, men det modsatte er tilfældet for svaret på et hurtigt skiftende. Deres undersøgelse afdækkede eksistensen af ​​et specifikt antal interaktioner mellem enheder, der kræves for at producere en optimal kollektiv respons.

Hovedefterforskeren, SUTD lektor Roland Bouffanais, sagde:"I betragtning af eksplosionen i udviklingen af ​​distribuerede/decentrale systemer, denne forskning viser, at en dynamisk ombygning af interaktionsnetværket er afgørende for den effektive kollektive drift af disse komplekse konstruerede systemer på forskellige tidsskalaer. "

Detaljer om dette arbejde optrådte i Videnskab fremskridt den 3. april 2019.