Honderden robotjes zwermen gestructureerd rond

Een internationaal team van onderzoekers - onder wie Fredrik Jansson en Jaap Kaandorp van het Computational Science Lab van de UvA - is het gelukt om met honderden robotjes een zelf-organiserend organisme te creëren zoals dat in de natuur voorkomt. De kleine robots werken samen om verschillende vormen te maken, zonder een onderlegd masterplan , alleen gebaseerd op wederzijdse communicatie en beweging. Het onderzoek is deze week online gepubliceerd in Science Robotics.

De onderzoekers laten zien dat het mogelijk is om de concepten van de natuur toe te passen op menselijke technologie zoals robots. Technologie is heel bros vergeleken met de natuur. Als een component van een automotor kapot gaat, resulteert dat meestal in een niet-functionele auto. Als een element in een biologisch systeem faalt, omdat een cel sterft bijvoorbeeld, compromitteert dit niet het hele systeem. Het zou zelfs vervangen kunnen worden door een andere cel.

`Binnen het Computational Science Lab zijn we al lang bezig aan het ontwikkelen van computationele modellen van embryogenese (o.m. van zeeanemonen en de fruitvlieg), het is heel interessant om te zien dat deze modellen nu ook buiten de ontwikkelingsbiologie en complex system onderzoek geheel nieuwe toepassingen vinden,' vertelt Jaap Kaandorp.

De onderzoekers probeerden eenzelfde vorm van zelforganisatie en zelfherstel te bereiken in de technologie als in de natuur zodat toepassingen nog veel krachtiger kunnen worden. Het is de eerste stap richting de vorming van robotzwermen zodat in de toekomst mogelijk toepassingen binnen de bouw of andere sectoren kunnen worden gerealiseerd.

Kaandorp: ‘Het is onmogelijk om  swarm behaviour te bestuderen met maar een paar robots. Daarom werden voor het experiment driehonderd robots gebruikt. Dat is een uitdaging, want als we een klein detail wilden aanpassen in het programma, moesten we dit voor alle driehonderd robots apart doen. Het duurde ongeveer drie jaar voordat de groep robots haar eerste vorm maakte.’

Het onderzoeksteam installeerde bij de robots basisregels over hoe om te gaan met robots bij hen in de nabijheid. Ze werden zo geprogrammeerd dat de robots in een groep reageerden, zoals cellen in een weefsel. De robots waren afhankelijk van infraroodsignalen om te communiceren met nabije robots in een omtrek van 10 centimeter. Dit zorgt ervoor dat de robots hetzelfde zijn als de biologische cellen, omdat ze ook alleen direct kunnen communiceren met andere cellen die dichtbij zijn.

Deze ‘genetische’ regels doen het systeem na dat verantwoordelijk is voor de Turingpatronen die we zien in de natuur, zoals de ordening van vingers op een hand of de vlekken op een luipaard. De groep robots kan verschillende vormen aannemen in een proces dat ‘edge flow’ wordt genoemd: bewegingen van de robots aan de rand van een groep. Geen van deze individuen heeft informatie over de gehele groep, dus alle bewegingen komen voort uit de basisregels en de communicatie tussen robots.