Robotica degli sciami: replicata la comunicazione basata sul feromone

I ricercatori dell’Università di Lincoln hanno sviluppato un sistema innovativo a basso costo che riproduce nei robot la comunicazione degli sciami degli insetti basata sui feromoni. La robotica degli sciami è un approccio in continua crescita. Prende spunto dal mondo naturale al fine di trovare il meccanismo chiave per la coordinazione tra gruppi di robot. In questo modo sarà possibile migliorare l’interazione tra i robot e l’ambiente circostante. Si tratta di un altro grande passo in avanti nel settore dell’intelligenza artificiale.

Replicata la comunicazione basata sui feromoni

Negli ultimi anni la robotica degli sciami ha contribuito enormemente nell’ambito degli studi biologici degli insetti, delle formiche e di altri animali che vivono in gruppo. Questi studi hanno portato allo sviluppo di sensori per il rilevamento delle collisioni tra i veicoli, alla tecnologia di sorveglianza e anche alla programmazione dei videogiochi.

Ma la scoperta dei ricercatori dell’Università di Lincoln ci porta a un altro livello della robotica. Loro, infatti, sono riusciti a replicare la comunicazione basata sui feromoni che avviene nel mondo naturale. In genere, per simulare i feromoni gli scienziati usano dell’alcool. Mentre per i mezzi fisici si servono della luce e del suono. Questo approccio, però, non è molto efficace. I ricercatori dell’Università di Lincoln hanno sviluppato un sistema molto più valido, preciso e affidabile.

Con uno schermo LCD e una videocamera con collegamento USB a basso costo, il sistema può simulare diversi feromoni, visibili grazie a delle tracce che lasciano sullo schermo. Il sistema può anche cambiare la loro densità per consentire esperimenti controllabili. Il feromone replicato visibile sullo schermo viene rilevato dai sensori di luce dei robot che imitano il funzionamento delle antenne delle formiche.

Questo nuovo sistema si chiama COS-phi (Communication System via Pheromone, ovvero Sistema di Comunicazione via Feromone). È costituito da piccoli robot con hardware libero e da un sistema di localizzazione open source che traccia le traiettorie dei robot e che rilascia il feromone artificiale. Ecco come funziona.

Applicazioni per il futuro

Il team dell’Università di Lincoln ha sviluppato il sistema COS-phi utilizzando la propria piattaforma aperta Colias. Con questa piattaforma è stato possibile investigare sui comportamenti collettivi e progettare delle applicazioni per replicarli. Colias è stata creata nel 2014 con la collaborazione degli esperti della Tsinghua University in Cina. Dopo un anno possiamo già apprezzare i grandi risultati.

Il sistema COS-phi ha permesso ai ricercatori di scoprire che i loro piccoli robot erano in grado di seguire il distributore di feromoni senza una precisa direzione o comunicazione. Ciò significa che il sistema potrà essere adottato per gli studi della robotica degli sciami. Studi che ci porteranno a nuove e interessanti scoperte sul mondo della comunicazione animale.

I ricercatori dell’Università di Lincoln hanno intenzione di indagare sull’influenza del livello di evaporazione e diffusione dei feromoni nelle prestazioni e nei comportamenti di gruppi di animali in ambienti più complessi. Replicare un comportamento di gruppo e applicarlo alla robotica significa poter costruire dei robot in grado di collaborare e coordinarsi tra loro.Una sfida enorme che però ora potrà essere intrapresa con più ottimismo e fiducia per il futuro.

Merito della natura che ispira

Se oggi possiamo costruire robot in grado di eseguire anche i movimenti più difficili lo dobbiamo anche alla natura che ci offre tanti modelli da cui ricavare idee. Lo sa bene anche Farshard Arvin, il ricercatore che ha condotto gli studi sul sistema COS-phi. “La natura è una delle migliori fonti di ispirazione per le soluzioni a diversi problemi in diversi ambiti. Ed è per questo che la robotica degli sciami ha sviluppato una così importante area di studio. Ricava le intuizioni dai comportamenti e dalle capacità di coordinazione degli insetti sociali, dove il successo di un gruppo per svolgere un compito si basa molto sulle interazioni dei suoi membri. Tra gli insetti sociali, l’uso dei feromoni è uno dei mezzi più efficaci di comunicazione. Ma per la comunità della robotica degli sciami è stato anche uno dei più difficili da riprodurre.“.

Ma ce l’abbiamo fatta e il sistema COS-phi sta già dimostrando tutte le sue potenzialità. “Ecco perché siamo lieti di aver messo a punto un nuovo sistema efficace basato sulla localizzazione visiva rapida e precisa. Ci permette di simulare un numero virtualmente illimitato di feromoni differenti e mostra i risultati delle loro interazioni sotto forma di immagini in scala di grigio su uno schermo LCD orizzontale, su cui si muovono i robot. Il sistema ci permette di produrre percorsi precisi e ad alta risoluzione, controllare la diffusione, l’evaporazione e la densità dei feromoni, e codificare i singoli feromoni utilizzando colori diversi. Il COS-phi simula anche l’interazione di diversi feromoni che possono amplificarsi o sopprimersi l’uno con l’altro, con conseguenti comportamenti complessi di sciame, proprio come accade nel mondo naturale.“.

È un sistema ben curato e capace di riprodurre anche alcuni dettagli della comunicazione basata sui feromoni. La natura, e in particolar modo gli animali, ci insegnano molto. Per esempio, lo studio degli insetti ha consentito la costruzione di droni in grado di volare insieme in maniera coordinata. Un’abilità indispensabile se un giorno vorremo effettuare missioni di salvataggio con droni che dovranno districarsi tra gli ostacoli.

Altri robot sono stati progettati studiando i comportamenti di un altro animale sociale, la formica. I micro-robot della SRI International sono piccolissimi, velocissimi, lavorano perfettamente in coordinazione tra loro. E sono stati in grado di costruire un piccolo ponte fatto di bastoncini. Cosa potranno costruire in futuro? Forse oggetti più complessi e più grandi, curati nei minimi particolari. Magari un giorno costruiranno case, chissà.

Anche le BionicANTs, come suggerisce il nome, sono state sviluppate considerando il comportamento delle formiche. Sono infatti dei robot molto simili alle formiche che collaborano per risolvere compiti più o meno difficili lavorando come un sistema di rete globale.

Non solo animali: anche le piante sono state prese a modello per la costruzione di piccoli robot. Alcuni ricercatori sono riusciti a replicare il movimento delle piante sfruttando il meccanismo che risponde al cambiamento di umidità ambientale, come succede nelle pigne e nei semi. Questi robot potranno quindi fare a meno dell’elettricità ed essere utilizzati in situazioni di emergenza. Un’altra applicazione potrebbe essere quella medica. Minuscoli robot che disinfetteranno le nostre ferite e che rafforzeranno i tessuti della nostra pelle. Singolare, vero?

La robotica progredisce e ci sta restituendo applicazioni davvero sorprendenti. Che si trattino di robot umanoidi o meno, l’importante è considerare il nostro benessere come priorità assoluta. L’intelligenza artificiale potrà esserci di grande aiuto.

Fonte: deepstuff