物理连接是否可以改善机器人群的控制和性能
在自然界中，群体可以完成令人惊奇的事情。鱼群可以更有效地寻找食物和迁徙。成群的鸟会迷惑掠食者。蜜蜂、蚂蚁和白蚁可以一起工作来喂养、保卫和建立它们的殖民地。
机器人研究人员长期以来一直试图利用这种能力来探索环境、捕获物体和使用机器人群构建结构。
“但是我们如何有效地控制所有这些机器人的问题仍然没有解决，” 里海大学罗辛工程与应用科学学院计算机科学与工程助理教授 David Saldaña说。
Saldaña 是 SwarmsLab 的领导者 ，也是理海大学自主和智能机器人 (AIR) 实验室 的成员 ，最近从海研究办公室获得了一项为期三年、价值 755,000 美元的拨款，用于设计空中蜂群并开发依赖于物理的控制方法。机器人间交互。
他说，通常情况下，机器人群是通过单独控制每个机器人来操纵的。为了取得成功，集群必须在明确的空间和环境条件下运行(例如，风可以忽略不计或恒定)，并在该空间中进行反复测试。
“如果我将机器人发送到可能有障碍物、移动物体和风的不同环境，情况就会不同，”萨尔达尼亚说。“我们能做的仍然非常有限。”
萨尔达纳和他的团队假设，如果机器人在物理上相互连接——就像蚂蚁利用自己的身体为蚁群中的其他人搭建桥梁一样——它们可能会更容易控制，并且更能适应挑战性的条件。研究人员将测试三种类型的物理连接器：刚性棒、平板和绳索。他们将使用每个机器人执行各种任务，并测量联网机器人在抓取和运输物体方面的效率。
他说，该团队的方法特别新颖的是，他们在从头开始创建这些机器人的同时，正在开发新的控制算法。
“在我们的实验室，我们不是购买机器人，而是制造机器人，”他说。“由于我们使用的机器人在其他任何地方都不存在，因此我们必须突破控制理论的界限。随着设计的推进，我们发现了一些文献中尚未探讨过的非常有趣的控制问题。我们不断地在硬件和软件之间来回切换，这就是这个项目如此有趣的原因。”
该团队已经使用每种方法开发了原型，并将在 11 月份的年度 保卫共和国无人机竞赛中对其进行测试。今年的活动将于 11 月 17 日在 Lehigh 山顶校区(位于 High Bay C2)举行。它将有八支大学球队参加一场魁地奇式的比赛(参见：哈利·波特)，其中自主机器人竞相捕获漂浮的氦气球并将其送入对手的球门：里哈伊大学、乔治梅森 大学、 佛罗里达大学 、贝勒 大学、 西弗吉尼亚大学、 印第安纳大学、 弗吉尼亚理工大学 和 德雷塞尔大学 竞赛的目的是推动车辆设计、多智能体控制、群体行为和通信方面的研究和创新。
“里哈伊大学已经参加过两次这项比赛，今年作为东道主，我们计划至少有 30 台机器人参赛，”他说。“它让我们有机会在真实环境中进行重复性工作来评估它们。这次活动的精彩之处在于，每个人都试图使用不同的研究方法来实现相同的目标，并且他们都愿意分享针对不同问题的解决方案。我们从同事那里学到了很多东西。”
最终，萨尔达尼亚和他的团队正在做的工作可以应用于无人机送货等任务，提供有关机器人之间移动不同尺寸包裹所需的连接类型的更多信息。当任务所需的蜂群规模不清楚时，它还可以帮助搜索和救援工作。“如果你不知道情况有多糟糕，你可能不知道你需要大型还是小型机器人，所以如果你可以带很多小型机器人，根据现场情况简单地附加它们，就可以解决问题”。
利用机器人群并成功操纵其组件来完成基本任务将极其困难。但对于 Saldaña 来说，这个挑战不仅非常有趣，而且是吸引对理论和实践都感兴趣的下一代计算机科学家的好方法。
“当我和学生交谈时，我告诉他们，我们做机器人硬件，我们做数学，我们做物理，我们做控制理论、建模和严格的实验。我们不断在软件和硬件之间切换，因为这就是机器人技术所在的位置——就在中间。”
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