Je leest:

De alleskunner: een zwermrobot

De alleskunner: een zwermrobot

Zelfassemblerende robot maakt eigen brein

Auteur:

Zoals een levend wezen uit cellen bestaat, bestaat de robot van de toekomst uit een zwerm robotmodules. Maar zo’n swarmonoid zal nog veel flexibeler zijn, en beter in staat zichzelf te repareren dan een levend wezen. Dat is althans de ambitie van een groep Europese onderzoekers.

Het is nog maar een begin, maar de zwermrobots die zich spontaan vormen en weer opsplitsen in de filmpjes van Marco Dorigo’s project, lijken bezield met een vreemd soort intelligentie. Een losse robotmodule ziet eruit als een ronde koektrommel op speelgoedwieltjes. Hij zit wel tjokvol techniek: een 360-gradencamera, afstands- en richtingssensoren, wifi en radio, een automatisch koppelingssysteem, ledjes in drie kleuren, een magnetische grijper. En natuurlijk een processor, dat wil zeggen, een mini-computer.

Een lichaam

In het begin zijn er slechts losse modules, maar die kunnen zich spontaan met elkaar verbinden tot allerlei ‘lichamen’, zoals een V of een X of een ster. Ook twee lichamen kunnen zich aaneensluiten tot één lichaam, dat zich weer kan splitsen in twee lichamen met nieuwe vormen.

Het bijzondere is dat elk lichaam meteen ook een eigen ‘zenuwstelsel’ vormt; een van de modules vormt het brein, dat van de andere modules sensorsignalen ontvangt en besturingssignalen terugstuurt. Daardoor beweegt het lichaam als één geheel. Maar in een ander lichaam kan de module die eerst een brein was, weer een gehoorzaam lichaamsdeel worden, en omgekeerd.

Marco Dorigo ontving enige jaren geleden een grote onderzoeksbeurs van de Europese Unie om de zwermrobotica verder te ontwikkelen. Een eerder onderzoeksproject leverde al dit fascinerende filmpje op van een zelf-assemblerende robot die in een kast klimt om een boek te pakken.

In het project waarover hij en zijn collega’s deze week rapporteren in Nature Communications, is een nieuw element de spontane zelf-organisatie. Een V of X van een stuk of tien modules beslist zelf welke module het hoofd wordt, en organiseert zelf hoe de onderlinge contacten moeten verlopen om als één lichaam te functioneren.

Als een module kapot gaat, zal het brein besluiten om dit lichaamsdeel los te koppelen, waarna het lichaam een nieuwe vorm aanneemt. Zelfs als de breinmodule de geest geeft, kan het lichaam zich opsplitsen in losse modules en helemaal opnieuw beginnen. Daartoe hebben de modules een ‘hartslag’: elke seconde zendt de breinmodule een signaal naar alle lichaamsdelen, en wie daar niet op reageert met zijn eigen hartslag, ‘leeft’ blijkbaar niet meer en moet worden afgekoppeld.

Schaalbaar

Dorigo’s team claimt dat dit type modulaire robot ‘schaalbaar’ is: je kunt tien, of honderd, of duizend van die modules aan elkaar schakelen zonder dat de reactietijd van het lichaam als geheel uit de hand loopt. Dat is te danken aan de manier waarop modules met elkaar communiceren. De verbindingen tussen de modules komen overeen met een boomstructuur: de breinmodule is de stam, en de lichaamsdelen vormen de vertakkingen. Elk lichaamsdeel is in zekere zin het brein van een eigen stukje boom, namelijk alle vertakkingen van de eigen tak.

Robotjesschakelen
De connecties tussen de modules hebben een boomstructuur. Elke module commandeert de modules die op zijn eigen vertakking ‘hoger in de boom’ zitten. F- en C-robotjes commanderen niemand, robotje E commandeert alle robotjes die niet rechts van hem zijn aangekoppeld. Dit garandeert dat altijd één module (die met de rode ring) het hoofd is van een onderling verbonden ‘lichaam’, waar alle andere modules aan gehoorzamen.

Elk lichaamsdeel ontvangt sensordata (zoals camerabeelden) van de eigen vertakkingen, verwerkt die en stuurt zijn ‘samenvatting’ door naar één niveau lager in de boom. Dit gaat zo door totdat alle sensordata samenkomen in de stam, ofwel de breinmodule. Die verwerkt deze data, en reageert met commando’s die hij omhoog de boom in stuurt.

Dus hoewel er een centrale breinmodule is, gebeurt de verwerking van de data grotendeels decentraal. Daarmee voorkom je dat de breinmodule overbelast raakt als een lichaam steeds meer modules aanhaakt. De reactietijd van een lichaam neemt weliswaar evenredig toe met het aantal niveau’s in vertakkingen-van-vertakkingen, maar dat groeitempo is bescheiden genoeg om het lichaam, hoe groot het ook wordt, als één geheel te laten functioneren.

Slachtoffers opsporen

Deze zwermrobots kunnen overigens nog niet veel doen. In dit onderzoek ging het er vooral om aan te tonen dat het organisatieprincipe werkt. Je kunt je zomaar voorstellen dat je een container vol met zulke modules loslaat in een ingestort gebouw, waarna die zelfstandig een nog levend slachtoffer opsporen, zich ter plekke verenigen tot een brancard en het slachtoffer onder het puin vandaan rijden.

Maar diezelfde zwerm zou de volgende dag misschien een reparatie aan een kerncentrale kunnen uitvoeren. “Onze visie is”, zo schrijven de onderzoekers, “dat toekomstige robots niet meer zullen worden ontworpen en gebouwd voor één specifieke taak.”

Bron:

Marco Dorrigo e.a., Mergeable nervous systems for robots, Nature Communications (12 september 2017), DOI:10.1038/s41467-017-00109-2

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 15 september 2017

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE