資料來源：Bharadwaj等人。

印度布巴內(nèi)斯瓦爾理工學(xué)院的研究人員與TCS研究公司和瓦赫寧根大學(xué)合作，最近設(shè)計(jì)了一種新的策略，可以改善不同機(jī)器人作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)處理復(fù)雜任務(wù)的協(xié)調(diào)。在arXiv上預(yù)先發(fā)表的一篇論文中介紹的這一策略，是基于一個(gè)分裂的架構(gòu)，該架構(gòu)分別處理通信和計(jì)算，同時(shí)定期協(xié)調(diào)這兩者以達(dá)到最佳效果。

研究人員的論文最近在IEEE RoboCom 2022會(huì)議上發(fā)表，該會(huì)議與IEEE CCNC 2022同時(shí)舉行，是網(wǎng)絡(luò)和分布式計(jì)算領(lǐng)域的頂級(jí)會(huì)議。在IEEE RoboCom 2022上，它獲得了最佳論文獎(jiǎng)。

進(jìn)行這項(xiàng)研究的團(tuán)隊(duì)的首席研究員Sudipta Saha博士告訴TechXplore："蜂群機(jī)器人正在成為人類文明的關(guān)鍵工具的道路上，例如，在醫(yī)學(xué)上，將有必要使用眾多的納米機(jī)器人來促進(jìn)免疫治療、有針對(duì)性的有效藥物轉(zhuǎn)移等；而在軍隊(duì)中，將有必要探索人類難以進(jìn)入的未知地形，實(shí)現(xiàn)對(duì)邊界和類似活動(dòng)的敏捷監(jiān)管。在建筑領(lǐng)域，它可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模3D打印等技術(shù)，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，它可以幫助監(jiān)測(cè)作物健康，并進(jìn)行干預(yù)以提高產(chǎn)量。"

無論在什么情況下實(shí)施，多機(jī)器人團(tuán)隊(duì)要想有好的表現(xiàn)，需要以高效的通信和協(xié)調(diào)系統(tǒng)為基礎(chǔ)。然而，傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)迫使機(jī)器人或設(shè)備爭(zhēng)奪與其他系統(tǒng)共享信息的機(jī)會(huì)。這個(gè)過程會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間，并導(dǎo)致高耗能。

薩哈博士說："對(duì)于大規(guī)模3D打印、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)等活動(dòng)來說，這種損失是可以容忍的，但對(duì)于納米機(jī)器人藥物輸送、消防或軍事活動(dòng)等時(shí)間緊迫的工作來說，如果對(duì)通信層的次優(yōu)性能作出妥協(xié)，成本就太高了，由于不必要的數(shù)據(jù)包碰撞和能源濫用，總是希望有一個(gè)解決方案，使機(jī)器人群也能進(jìn)行時(shí)間關(guān)鍵和嚴(yán)肅的工作，不能犧牲精度。"

資料來源：Bharadwaj等人。

為了克服現(xiàn)有通信系統(tǒng)的局限性，薩哈博士和他的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種全新的范式，這種范式是基于一種叫做 "并發(fā)傳輸 "的方法。這種方法不是讓設(shè)備或機(jī)器人處于競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，而是讓它們合作來實(shí)現(xiàn)一個(gè)共同的目標(biāo)。

薩哈博士說："將并發(fā)傳輸應(yīng)用于一個(gè)通用的多機(jī)器人平臺(tái)并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)，在分散和智能系統(tǒng)研究小組（DSSRG），我們正在研究基于并發(fā)傳輸?shù)耐ㄐ诺母鱾€(gè)方面，以及它在各種情況下的應(yīng)用。我們?cè)谶@一領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)幫助我們提出了一個(gè)新穎的基于分裂架構(gòu)的解決方案，以方便和富有成效地使用異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)的并發(fā)傳輸。"

并發(fā)傳輸技術(shù)與傳統(tǒng)的通信策略相比有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。最值得注意的是，它們?cè)试S設(shè)備更迅速、更有效地相互分享數(shù)據(jù)。

盡管有其優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，但并發(fā)傳輸可能很難使用通用硬件來實(shí)現(xiàn)。因此，到目前為止，它主要是在特定的和復(fù)雜的硬件上應(yīng)用時(shí)取得良好的效果。

薩哈博士說："蜂群機(jī)器人和多機(jī)器人系統(tǒng)也有自己的要求，包括控制系統(tǒng)、AI/ML和其他計(jì)算密集型任務(wù)。為了銜接多機(jī)器人系統(tǒng)的并發(fā)傳輸，我們提出了一個(gè)分裂的架構(gòu)，其中通信和計(jì)算是在兩個(gè)不同的硬件單元中完成的，它們通過松散耦合的串行線通信相互溝通。這樣，我們?cè)O(shè)法同時(shí)獲得兩個(gè)領(lǐng)域的好處。"

研究人員采用的實(shí)驗(yàn)裝置之一。資料來源：Bharadwaj等人。

機(jī)器人學(xué)家將不同類型的硬件單元合二為一的做法并不罕見，正如薩哈博士和他的團(tuán)隊(duì)在最近的研究中所做的。通過將兩個(gè)不同的硬件系統(tǒng)連貫地合并到一個(gè)集體架構(gòu)中，他們能夠達(dá)到非常有希望的結(jié)果，加強(qiáng)多個(gè)機(jī)器人之間的合作和通信。

該團(tuán)隊(duì)特別在一組五個(gè)雙輪機(jī)器人上測(cè)試了他們的通信系統(tǒng)。在他們的評(píng)估中，他們發(fā)現(xiàn)他們的系統(tǒng)允許機(jī)器人在形成不同的陣型時(shí)有效地相互協(xié)調(diào)，同時(shí)還能以類似的速度動(dòng)態(tài)移動(dòng)。

薩哈博士說："我們工作的關(guān)鍵成就之一是在異質(zhì)硬件單元之間實(shí)現(xiàn)了毫秒級(jí)的無縫時(shí)間同步，以一種純粹的分散方式，不利用任何互聯(lián)網(wǎng)連接或GPS，此外，在這項(xiàng)初步工作中，使用基于并發(fā)傳輸?shù)耐ㄐ趴蚣芎臀覀兓诜至鸭軜?gòu)的戰(zhàn)略，使我們能夠在機(jī)器人之間實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的精度，這表明它對(duì)于使用機(jī)器人群執(zhí)行時(shí)間關(guān)鍵和微妙的任務(wù)有價(jià)值。"

在未來，這個(gè)研究小組創(chuàng)建的新的基于并發(fā)傳輸?shù)牟呗钥梢詭椭趶?fù)雜或時(shí)間敏感的任務(wù)中加強(qiáng)群組中多個(gè)機(jī)器人之間的合作。這包括，例如，搜索和救援工作、軍事行動(dòng)和外科手術(shù)。

Saha博士補(bǔ)充說："在我們?nèi)〉贸醪匠晒螅覀儸F(xiàn)在要進(jìn)行更嚴(yán)格和徹底的研究，特別是關(guān)于控制系統(tǒng)方面和基于并發(fā)傳輸?shù)耐ㄐ艡C(jī)制之間的互動(dòng)，我們還計(jì)劃將該機(jī)制應(yīng)用于大型無人機(jī)和地面車輛群，并評(píng)估其能力。"