Essaim de robots humanoïdes synchronisés à l'aide de la détection de quorum

Ces dernières années, diverses entreprises et laboratoires ont développé d'impressionnants robots humanoïdes qui marchent, traînent et même courent. Certains dansent même en groupes jusqu'à 20, exécutant des routines chorégraphiées sophistiquées.

Ce type de synchronisation n'est pas une tâche facile. Une façon de le faire est d'avoir un robot comme leader, diffusant les détails de son mouvement et de sa position sur un réseau que les autres robots suivent tous.

Le problème, c'est que la dynamique des réseaux n'est pas aussi prévisible que les chorégraphes le souhaiteraient. De petits retards d'une demi-seconde environ sont courants tandis que certains messages peuvent être retardés de plusieurs secondes. Ce n'est clairement pas assez bon pour une routine de danse ou tout autre type de comportement synchronisé.

L'approche privilégiée par les roboticiens est donc de programmer chaque robot avec la routine de danse, de synchroniser leurs horloges internes au début de la performance puis de les laisser faire.

L'avantage est que si les performances sont raisonnablement courtes, les chances de désynchronisation des horloges peuvent être réduites. L'inconvénient est que si les robots se désynchronisent – ​​si l'un d'eux tombe par exemple – il n'y a aucun moyen de regagner la synchronisation.

Les roboticiens ont donc recherché une meilleure forme de synchronisation, plus résistante aux diverses épreuves et tribulations qui s'abattent sur les danseurs robotiques. Aujourd'hui, Patrick Bechon et Jean-Jacques Slotine du Massachusetts Institute of Technology de Cambridge, dévoilent une nouvelle approche basée sur le phénomène biologique du quorum sensing.

Les biologistes se sont longtemps interrogés sur la capacité des bactéries et des insectes sociaux à détecter non seulement la présence de compatriotes mais leur nombre et à synchroniser leur comportement.

Il s'avère que ces créatures effectuent cette synchronisation en utilisant un processus appelé détection de quorum. Cela fonctionne en libérant constamment des molécules de signalisation dans l'environnement tout en mesurant en même temps la concentration locale de ces molécules.

Cette concentration augmente à mesure que de plus en plus de créatures rejoignent la population locale et constitue donc une mesure efficace de la densité de population. Lorsque la concentration dépasse un certain seuil, cela déclenche un comportement différent, tel que la division cellulaire, la production d'agents pathogènes et la construction de nids.

Maintenant, Bechon et Slotine disent qu'une approche similaire fournit un moyen robuste de synchroniser des robots humanoïdes. L'approche idéale de la synchronisation est que chaque robot ait accès à la position de tous les autres robots. Au lieu de cela, l'approche de détection de quorum donne à chaque robot l'accès à une variable globale telle que la position moyenne ou l'heure d'horloge moyenne. Chaque robot peut également modifier cette variable car elle contribue à la moyenne.

L'idée est que si chaque robot tente de se synchroniser avec cette moyenne mondiale, l'essaim dans son ensemble devrait garder le bon temps.

Ces gars-là testent leur approche avec un groupe de huit robots NAO construits par la société de robotique française Aldebaran. Chacun a une horloge interne qui tente de se synchroniser avec un temps moyen global maintenu par un serveur central.

Il est important de souligner que le serveur n'agit pas en tant que maître avec les robots en tant qu'esclaves qui suivent simplement son signal. Si la connexion à la centrale est perdue, les robots continuent simplement avec la routine mais sans synchronisation centralisée.

Au lieu de cela, le serveur central ressemble plus à une sorte d'environnement avec lequel les robots peuvent détecter et interagir.

Cette disposition présente l'avantage important que si un robot tombe, il peut simplement se relever et se joindre à nouveau lorsqu'il a resynchronisé ses mouvements avec le groupe ( voir la vidéo ).

Ce travail s'inscrit dans un développement plus large de la robotique. L'avènement des robots humanoïdes relativement bon marché d'Aldebaran et d'autres sociétés signifie que la synchronisation à grande échelle d'essaims humanoïdes est désormais possible.

C'est intéressant car si la synchronie permet à un grand nombre de robots de faire la même chose en même temps, comme danser ou marcher, elle permet également à un grand nombre de robots d'effectuer des tâches différentes mais liées en même temps.

En d'autres termes, la synchronie est une technologie habilitante pour la coopération à grande échelle. Et cela ouvre la voie à un tout nouvel ensemble de tâches que les robots pourraient effectuer : la fabrication et la construction. Peut-être même la construction de nids.

Réf : arxiv.org/abs/1205.2952 : Synchronisation et détection de quorum dans un essaim de robots humanoïdes

cacher