【社群主題文章】不是一群螞蟻,是群體機器人啦!

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過去曾在文章中提到,仿生科技對於機器人應用的重要性,當時主要探討機器人如何參考生物,來達到不同環境下的移動目的。然而,仿生科技對於機器人的應用遠不只這樣,今天我們就一起來看看他在提升機器人科技上的另一個重要主題:群體智慧。

群體智慧

群體智慧本是自然科學研究的領域,他研究的對象主要是自然群體生物在現實環境中,各種群體行為的相關議題,例如:路徑規劃、任務分配和築巢…等。很多時候甚至可以觀察到,即使是弱小的生物個體,當群聚一起時,卻可以展現出極其複雜的集體行為。

常被研究的自然群體生物有:細菌菌落、魚群、螞蟻群、蜜蜂群、蝗蟲、鳥群、靈長類部落,當然其中也包含了人類。研究這些群體是非常有趣的,例如:螞蟻群在工作時,儘管沒有領袖發號司令,卻可以在移動過程中漸漸地找出最佳移動路徑。

分工合作中的蟻群示意圖 (Source)

甚麼是群體機器人

群體機器人主要是由大自然所啟發而來,他整合了群體智慧機器人兩個迥然不同領域的技術。從第一台機器人的出現,不到半個世紀的時間,蓬勃發展的機器人早已悄悄地走入各個角落,協助人類完成各式不同的工作。近年由於機器人相關科技領域的突飛猛進,成為未來人類科技發展的重點之一。

一起過馬路 (Credit: This picture has been taken by Francesco Mondada and Michael Bonani)

不過,若我們更聚焦地觀察這些機器人,可以發現目前大多是以單一機器人個體的方式存在,也就是機器人所有的功能都是集中在自己身上,這樣的設計僅能提供較為單純的服務;而群體機器人,能透過整合,讓多個機器人同時提供人類服務,並相互分工合作,接受和處理更複雜多變的環境訊息,或是提供更多樣的功能服務。

經過這些年的驗證,群體技術已明顯在多個不同領域中展示出無限的潛力。

群體機器人的優點

一般的狀況下,群體機器人系統會比單體機器人系統具有較多優勢。若我們將群體機器人和單體機器人或其他獨立的機器人系統來做比較,群體機器人至少有著下列的優點:

  • 功能更強大群體機器人只要能有效地相互溝通、協調,所產生的能力很可能是單體機器人的多倍,甚至超過;群體機器人能完成單體機器人獨力做不到的任務,像是搬運體型大於單體機器人的物體,想像一下自己一個人搬動一台電冰箱和三個人一起搬電冰箱上樓梯,哪個比較容易就能理解了。
  • 設計、製造成本更低。在目的是達到相同功能的條件下,單獨一隻群體機器人的設計相較於將所有功能整合在一起的單體機器人較簡單,製作加工也會更容易、成本更低。
  • 更有效率。群體機器人可以將工作分工執行,因此更有效率、更節省時間來完成工作,我們能用團隊和個人在執行工作上的優缺來理解,就容易多了。
  • 環境適應力更大。因為同時有多台機器人同時工作,因此能夠適應環境的能力也更強大;群體中若有一、兩隻機器人產生故障,其他的夥伴還是可以繼續執行任務。

無人飛行機群 (Source)

小結

有著諸多優點的群體機器人,在近幾年已經可以陸續看到不同的機構和學術單位發表出成果,例如Radhika Nagpal開發的Kilobot 。部分技術也已經開始在商業應用,像是在四軸飛行器上安裝上不同顏色的LED,同時能在空中飛行並排列出不同陣形,在夜晚看來尤其具有視覺上的震撼效果,相信很快的我們就可以在許多不領域見到其他的應用!下期文章,再跟大家聊聊國外的群體機器人目前有哪些不同面向的研究領域!

 

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(作者:智慧機械/機器人主題論壇版主 阿里哥;責任編輯:葉于甄)

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