Swarmbot-Invasion: Wie kleine Roboter große Probleme lösen

Sie sind jetzt schon eine Weile unter uns. In Science-Fiction-Filmen wie Minority Report sind in der Vergangenheit winzige Mikrobots aufgetaucht, die zusammenarbeiten, um Krankheiten zu bekämpfen, einen verlorenen Soldaten zu finden oder sogar eine neue Struktur aufzubauen . Mehrere Unternehmen, darunter IBM und HP, haben gezeigt, wie einige kleine Roboter miteinander kommunizieren können, um eine Aufgabe zu erledigen.

Jetzt haben Harvard-Forscher den Kilobot entwickelt, einen winzigen Roboter, dessen Bau und Kommunikation über Infrarot nur 14 US-Dollar kostet. Der Hauptunterschied: Hunderte oder sogar Tausende von Kilobots könnten komplexe Aufgaben ausführen. In Zukunft könnten diese Bots die Voraussetzungen für eine schnelle Prototyping-Montage schaffen. Stellen Sie sich Tausende von Kilobots vor, die eine Brücke oder sogar einen Wolkenkratzer bauen oder ein Kriegsgebiet betreten, um feindliche Anlagen zu finden und Waffen einzeln zu deaktivieren.

Mike Rubenstein ist Postdoktorand in der Forschungsgruppe Selbstorganisierende Systeme an der Harvard University. Er erklärte, dass die winzigen Bots zwei Vibrationsmotoren zur Fortbewegung verwenden und mit anderen Bots kommunizieren, indem sie ein Infrarotlicht auf eine Oberfläche senden - sie kennen die Position anderer Bots, indem sie die Lichtintensität ablesen.

Schwarmbots GruppeDer Hauptunterschied zwischen einigen früheren Schwarmbots und dem Kilobit bestehe darin, dass die neuen Bots echte Roboter seien: Sie arbeiten zusammen, folgen aber nicht nur einer festgelegten Route. Sie ähneln eher einem Roomba als einem RC-Car, das nur den Befehlen eines Bedieners folgt. Mit dem Roomba verfügt der Bot über genügend Intelligenz, um die Umgebung auf Hindernisse zu überwachen und Tausende von Algorithmen zu verwenden, um eine optimale Route zu finden.

„Die wichtigste kurzfristige Anwendung ist das Testen von Schwarmalgorithmen auf einem großen Robotersystem“, sagt Rubenstein. „Wir können sie so programmieren, dass sie sich bewegen und mit benachbarten Robotern interagieren. Es sind viele Verhaltensweisen möglich, bis jetzt haben wir an der Suche und Erforschung gearbeitet. “

Rubenstein sagt, er könne sich ein zukünftiges Szenario vorstellen, in dem die Bots für militärische Einsätze eingesetzt werden. Das Team hat bereits eine Roadmap namens Termes entwickelt, wie Kilobots eine 3D-Struktur erstellen können. Das Team arbeitet an einem groß angelegten Einsatz für Kilobots. Rubenstein stellt sich auch die Bots vor, die für die Bildung, das, was er als „Gruppenfahrzeugnavigation“ bezeichnet, und für die Umweltkartierung verwendet werden - eine Technik, die sich annähert, wie eine Region nach Korrosion oder nach den Auswirkungen des Klimawandels aussehen würde.

Medizinische Szenarien

Ein weiteres Beispiel für eine massive Swarmbot-Interaktion sind sogenannte „Ninja-Partikel“, die IBM entwickelt. Diese winzigen Polymer-Bots wirken wie eine Zelle in Ihrem Körper - sie enthalten eine elektrische Ladung und werden wie ein Magnet von Infektionserregern im Körper angezogen. Ärzte könnten Ninja-Partikel verwenden, die autonom im Körper arbeiten, um eine Wunde zu finden und beschädigte Zellen zu reparieren.

„Sobald diese Polymere im oder am Körper mit Wasser in Kontakt kommen, bilden sie selbst eine Nanostruktur, die auf der Grundlage elektrostatischer Wechselwirkungen auf Bakterienmembranen abzielt und deren Zellmembranen und -wände durchbricht. Die physikalische Natur dieser Aktion verhindert, dass Bakterien Resistenzen gegen diese Nanopartikel entwickeln “, sagt Jim Hedrick, Forscher bei IBM.

"Diese Wirkstoffe verhindern, dass die Bakterien Arzneimittelresistenzen entwickeln, indem sie tatsächlich die Zellwand und die Membran der Bakterien durchbrechen, eine grundlegend andere Angriffsart als herkömmliche Antibiotika", sagt Hedrick. Das Schwarmkonzept, ähnlich dem, was Rubenstein entwickelt, bedeutet, dass jedes einzelne Polymer die Mission nicht alleine erfüllen kann, sondern mit den anderen Wirkstoffen zusammenarbeiten muss, um eine Infektion zu bekämpfen und Zellen im Körper zu verändern.

Interessanterweise könnten laut Hedrick Ninja-Partikel auch für kommerzielle Anwendungen verwendet werden, nicht nur im medizinischen Bereich oder in einem Forschungslabor. Er sagt, die Nanostrukturen könnten in Handseife, Deodorant, Tischtücher und Händedesinfektionsmittel eingebaut werden, um Infektionen zu bekämpfen. Sie könnten auch zur Bekämpfung schwerer Infektionen wie Tuberkulose und Lungenerkrankungen eingesetzt werden. Sobald die Partikel programmiert sind, erfüllen sie ihre „Mission“ und lösen sich dann auf natürliche Weise auf.

Zukunftsszenarien

Rubenstein zögerte, über zukünftige Kilobot-Szenarien zu theoretisieren. Es ist jedoch leicht vorstellbar, wie Schwarmbots Teil unseres Alltags werden könnten. Ob Tausende von Bots Brücken bauen, Infektionen finden oder unsere Schlachten führen, könnte zu einem Mikroarmageddon führen, ist eine andere Frage. Die Idee von Sensoren in physischen Objekten ist jedoch bereits Realität.

Ein Beispiel ist der 94Fifty-Basketball, der für etwa 3.000 US-Dollar verkauft wird. Der Ball enthält einen Sensor, der mit der Software kommuniziert, um den Schuss eines Spielers zu analysieren. Die Software kann verwendet werden, um neue Spieler in der Schießmechanik zu schulen, und die Daten können für ein ganzes Team verwendet werden, um zu analysieren, wie sie das Spiel spielen und wie sie ihre Fähigkeiten verbessern können. Diese bereits realisierte „Hive“ -Analyse zeigt, wie eingebettete Sensoren in einem Team zusammenarbeiten können.

Swarmbots verwenden ein ähnliches Konzept: Sie können in physische Objekte eingebettet sein, miteinander kommunizieren und ihre Aktivitäten dann an einen zentralen Server zurückmelden.

Das ist besonders interessant in einem Schlachtfeldszenario. Swarmbots könnten wie der neue iRobot 110 FirstLook funktionieren, ein schneller Bereitstellungsbot, den Sie zu Boden werfen.

Der Bot kann einen Sturz von 15 Fuß bewältigen und ist bis zu 3 Fuß wasserdicht. Obwohl sie keine Mikrobotgröße haben (jeder FirstLook ist ungefähr zehn Zoll lang und wiegt fünf Pfund), könnten sie in einem Bienenstock arbeiten, ähnlich wie Programmierer einen Schwarm von iRobot Roomba-Staubsaugern entworfen haben, um große Flächen zu reinigen. Wir haben kürzlich gesehen, wie zwei Roombas zusammengearbeitet haben, um einen Raum zu staubsaugen, einander auszuweichen und miteinander zu kommunizieren, um den Reinigungsjob in der Hälfte der Zeit abzuschließen.

FirstLook-Bots verwenden bereits Infrarotlicht, um Routen auf einem Schlachtfeld zu finden. Obwohl sie nicht autonom arbeiten und noch nicht miteinander kommunizieren, ist es leicht vorstellbar, wie diese Art von Bots eine Erkundungsmission im feindlichen Gebiet koordinieren könnten.

Swarmbot-Drohnen könnten Überwachungsaufgaben ausführen, wie im kommenden Ghost Recon: Future Soldier- Spiel von Ubisoft gezeigt, und Aufklärung bieten, die die Sicherheit der Soldaten gewährleistet. Natürlich mögen diese Zukunftsszenarien wie Science-Fiction erscheinen. Es gibt Fragen zu den Kosten für jeden Bot auf dem Schlachtfeld, und Militärbeamte haben sich aufgrund der moralischen Implikationen zurückgehalten, Roboter in Kampfsituationen einzusetzen (Menschen haben die Fähigkeit, bessere Impulsentscheidungen zu treffen). Militärbots werden heute hauptsächlich zur Vermessung des Schlachtfeldes eingesetzt.

Wie bei jedem Robotik-Unternehmen wird sich dies jedoch ändern, wenn sich die KI verbessert. Schwarmbots könnten mit einer ausfallsicheren Gruppe programmiert werden, die stärker ist als ein einzelner Bot. Sie könnten in ein Kriegsgebiet geschickt werden, um verwundete Soldaten zu finden, Fahrzeuge zu reparieren und sogar feindliche Waffen zu deaktivieren.

Derzeit befindet sich die Swarmbot-Technologie in einem frühen Entwicklungsstadium. Der Kilobot ist das bisher beste Beispiel dafür, wie ein kostengünstiger Bot einfache Aufgaben ausführen und in einer Horde zusammenarbeiten kann. Ob dies zu einem Schwarm von Bots führt, die Ihr Gras mähen, einen Zaun reparieren oder eine Baumfestung in Ihrem Hinterhof bauen können, ist noch unbekannt.