【社群主題文章】群體機器人的應用範圍

【社群主題文章】群體機器人的應用範圍

 

在上一篇介紹群體機器人的文章中,我們有提到群體機器人相較於單體機器人有著功能更強大、設計及製造成本更低、效率更高和環境適應力更厲害等優點。有興趣的朋友可以再回頭去看看「文章」。

 

如果仔細觀察,我們會發現到群體機器人的核心優勢就是「透過團隊合作,以低成本、高效率來達成任務」。目前國內、外已有許多研究群體機器人的實驗室或機構,皆圍繞著這個特點發展出一個個精彩的研究主題。

今天,我們將進一步來聊聊群體機器人適合做哪些類型的工作,和目前有哪些領域的應用讓研究人員感到興趣。

 

機器人技術進步快速,未來人類的工作夥伴不無可能是機器人。 資料來源

群體機器人適合哪些工作?

群體機器人有著團隊合作的特質,他們非常適合被應用在符合下述需求的場合:

任務需要涵蓋大範圍

群體機器人非常適合工作範圍涵蓋大面積的專案使用。一群機器人散布在各自負責的範圍,監控整個區域的動態變化,例如: 即時監控被有害物質污染的區域;除了群體機器人之外,固定式的汙染源感知器這類的裝置也可以達到監控的功能。然而,相較之下,群體機器人會比感知器更適合用來執行這一類的任務。因為每一個群體機器人的個體,都可以在各自負責的區域內動態巡邏,而不只是維持在固定的位置不動。換句話說,群體機器人可以用更少的裝置來達到區域監控的目的。除了即時監控,群體機器人也可以用來搜尋和定位汙染源頭,向目標區域移動並採取快速即時的反應。在緊急情況下,機器人甚至可以聚集在一起,形成一個類似補丁的功能,來暫時阻止因源頭所造成的影響,作為臨時解決方案。

工作可能造成機器人故障

在某些任務中,任務執行過程或是完成後,機器人會受到損傷,甚至無法修復。因此,如果使用複雜且昂貴的機器人是非常不划算的,然而,價格相對低廉的群體機器人則可以提供划算的解決方案。群體機器人價格低廉的優點,讓機器人在執行任務的過程中,能夠承受部分個體遭受破壞的損失,而不至於付出太昂貴的代價。這也讓機器人在執行任務時有了很大的自由度。這種不怕撞壞,勇往直前的勇氣,尤其適合被應用在作業執行過程中可能對工作人員可能造成傷害的工作。

機器人可用來取代可能對人體造成損傷的工作。 資料來源

工作量需隨時調整

某些任務,可能需要隨著工作完成度,彈性地調整參與任務機器人的數量,來因應現場環境變化的狀況。群體機器人就具備了這樣的能力,他們能夠根據當前工作負載量,來調整參與任務的機器人數量,這樣的規劃既經濟又省時。以油罐車翻覆發生漏油事故為例,在發生石油洩漏初期,可以先集中所有的機器人參與漏油源頭的防堵任務。隨著源頭漏油狀況緩解,系統可以逐步減少參與處理漏油源頭任務的機器人,將更多的資源投入汙染清除工作;同時,也可以在不同汙染程度的地區之間,調整投入任務機器人的比例,平衡各個區域清潔進度,以期待能夠最有效率的協力完成任務。

群體機器人是人工智慧「群體智慧」的應用,缺乏領導者的組織依然能夠互相協調、動作。 資料來源

需有備用救援系統

群體機器人系統的另外一個優勢,就是能夠規劃足夠的備用救援系統。因為能彈性地安排機器人數量,因此在系統規畫時,即可以加入備用支援系統,也就是多準備幾隻備用的機器人加入團隊。使得整個機器人系統在執行任務時,即使因故損失了幾台機器人,也不至於對系統的整體效能產生太大的影響,可以更確保任務得以順利可靠的完成。

 

群體機器人的應用領域

群體機器人的應用主要著重於兩個方向:一是怎麼讓一群機器人合作執行任務,其二是怎麼將他們應用在真實的世界中。由於群體器人擁有團隊合作的特性,他們非常適合應用在目標搜尋,合作搬運、協同維修和障礙物或汙染物清除等領域。尤其是危險的場域(如: 災後現場或戰場),或是人類無法到達的地方(如: 深海或外太空)。一起來看看一些應用實例:

 

合力執行任務

在合力執行任務上,像是協力將物體搬運到指定的位置,過程中可能需要配合環境,自行編排隊伍和避開障礙物;或是一群機器人同時在一個區域內,收集所處位置相關的訊息,並繪製出區域地圖。有機器人研究單位提出了一種非常便宜、精巧,並能夠自主運作的微型體積機器人,可以用來檢測噴射渦輪機的葉片是否有破損而需要維修。

災區搜救

群體機器人可以深入人類或大型機具無法進入的災難現場搜尋生還者。進入災難現場的第一時間可讓機器人分散到各處,盡可能地覆蓋到最大搜索面積;當其中任一隻機器人尋找到待救援者時,可以即時通知其他機器人前來協助,共同將待援者移動至安全的地點安置。透過機器人來執行搜救任務,還可以排除因為天候或晝夜等對搜救進度造成的影響,因為機器人可以在任何天候和光照條件下執行作業。另外,在搜救初期,對搜救人員來說,災難現場通常是危機四伏,像是掉落物、有毒洩漏氣體、火焰⋯等,搜救人員在搜救過程中發生意外的消息時有所聞,需要小心謹慎以避開危害。這些來自環境的干擾也會造成搜救進度延宕。如果可以利用群體機器人的備援優勢,就算幾隻機器人在搜救過程中意外損壞,其他的機器人仍可以及時接替並繼續執行任務,把握黃金救援時間。

機器人可取代人類執行具危害性的任務。 資料來源

汙染物清除

群體機器人能大面積的收集並清除汙染物,而且還可以隨著汙染物清除的進度,調整工作範圍和密度,讓清除工作得以更快速且有效率地進行。群體機器人也可以扮演先遣部隊的角色,在人類進入該區域前,預先進入被污染區並清除汙染物。待有害物質清除後,人員再行進入汙染區執行後續處置作業。同時,若是待清除汙染物的數量過大,機器人也可以要其他機器人的支援,協助完成清理和搬運等任務。

 

麻省理工學院的實驗室就開發了一系列低成本,可用來吸收石油名為Seaswarm的機器人。機器人本體應用奈米材料,能夠吸收的超過他體重20倍的油脂。他們可被應用於海洋洋面的油汙清除,提供了海洋環境保護一個低成本的又有效的解決方案。

低成本吸油機器人Seaswarm 資料來源

小結

圍繞著如何讓群體機器人有效率的團隊合作並完成任務為發展主軸,群體機器人衍生出許多有趣的相關研究主題,例如機器人的合作及定位邏輯架構、機器人如何同步進行環境探索、機器人協同清潔大範圍汙染物⋯等。伴隨這些研究主題的進步發展,希望群體機器人能夠在短時間內,走出實驗室,進入人群中協助人類解決許多當前棘手的問題。

 

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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:葉佳錚)

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