Российские ученые разработали технологию управления группами роботов и роями дронов, которая позволяет сразу нескольким устройствам согласованно действовать при минимальном обмене информацией, сохранять работоспособность системы при отказе части механизмов и решать сложные вычислительные задачи в реальном времени с помощью математических моделей. Один из этапов проекта — наблюдение за муравьями. На основе полученных данных исследователи планируют создать экспериментальные стенды, чтобы выяснить, как насекомые без центрального управления координируют действия при решении сложных задач. Технология может найти применение не только в системах беспилотников, но и в микросетях солнечных панелей, самостоятельно балансирующих нагрузку, группах автономных грузовиков и других системах. Подробнее о разработке и ее природных истоках — в материале «Известий».

Специалисты Научного центра информационных технологий и искусственного интеллекта Университета «Сириус» предложили новый подход к децентрализованному управлению роботами с использованием биомиметических решений — принципов, заимствованных у живой природы.

Современная робототехника, распределенная энергетика и интеллектуальные системы управления всё чаще нуждаются в переходе от централизованных архитектур к децентрализованным, пояснили разработчики. Если решения принимает единый центр, система становится уязвимой: его отказ может привести к остановке всей сети. Когда же каждое устройство само решает локальные задачи и договаривается с соседями, система становится устойчивой к отказам, гибкой и масштабируемой.

В рамках проекта «Мультиагентные технологии в робототехнических и распределенных вычислительных сложных системах» специалисты разработали и испытали ряд алгоритмов для управления группами роботов с эффективным использованием ресурсов. Один из результатов — система синхронизации логического времени на микроконтроллерах, недорогих и распространенных чипах, которые применяются в самых разных электронных устройствах — от датчиков движения до бытовой техники. Испытания показали, что устройства синхронизируются с точностью до микросекунд и быстро восстанавливают связь после потери сигнала. Эту часть разработки уже проверили на реальном оборудовании.

Еще одно направление проекта — изучение поведения муравьев — пока находится на этапе подготовки. Ученые планируют создать экспериментальные стенды, чтобы выяснить, как насекомые без центрального управления согласованно решают сложные задачи. Выявленные закономерности лягут в основу новых математических моделей и алгоритмов для робототехники.

— Наблюдения за муравьями помогут понять, как из действий отдельных особей складывается согласованная работа всей колонии и что заставляет ее менять поведение при изменении условий. Нас особенно интересует, как личная память, контакты между насекомыми и оставленные ими следы вместе обеспечивают переход от поиска пищи к ее регулярной доставке. На основе экспериментальных данных мы сможем проверить, какие механизмы действительно определяют эту динамику, и уточнить математические модели. Это также позволит выявить общие принципы для создания систем, в которых группа роботов самостоятельно перестраивает совместную работу в ответ на изменения среды, — рассказал «Известиям» заместитель руководителя группы Научного центра информационных технологий и искусственного интеллекта Научно-технологического университета «Сириус» Иван Ломакин.

Технология может найти применение в самых разных сферах. В мобильной робототехнике она позволит координировать рои дронов и наземных роботов при поисково-спасательных операциях, мониторинге территорий и выполнении сельскохозяйственных работ. В энергетике — управлять микросетями с возобновляемыми источниками энергии и балансировать нагрузку. В транспорте и логистике — координировать автономные транспортные средства, оптимизировать их загрузку и маршруты. Для обычных людей внедрение таких решений может означать повышение безопасности автономного транспорта, большую надежность энергоснабжения и более оперативную работу спасательных служб.

Групповое управление автономными устройствами — одно из направлений, которые в ближайшие годы во многом определят развитие робототехники, рассказал «Известиям» эксперт рынка НТИ «Аэронет» Артем Богатырев.

— Чем больше устройств работает в одной системе, тем сложнее управлять ими из единого центра: растет нагрузка на каналы связи, а сбой командного пункта может остановить всю группу. Децентрализованный подход позволяет решить эту проблему, — отметил эксперт.

По его словам, первыми такие решения могут внедрить в сферах беспилотной авиации, автономного транспорта и распределенной энергетики. Например, рой дронов способен быстрее обследовать обширную территорию при поиске людей, мониторинге лесов или осмотре линий электропередачи.

— Следующим этапом станут испытания на реальной технике в условиях помех и нестабильной связи. Их результаты покажут, насколько быстро разработку удастся внедрить в промышленности, — сказал Артем Богатырев.

При этом одна из основных сложностей при оценке разработок в области группового управления беспилотниками — отсутствие конкретного сценария их применения, рассказал кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник факультета безопасности информационных технологий Университета ИТМО Андрей Бойко.

Без понимания того, в каких условиях и для решения каких практических задач будет применяться предложенный алгоритм, сложно объективно оценить научную новизну и практическую значимость результатов, подчеркнул специалист. Система логического времени, несмотря на свои преимущества, подходит лишь для определенного круга задач. Кроме того, уже существует ряд технических решений, обеспечивающих синхронизацию временных шкал. Гораздо сложнее определить взаимное пространственное положение аппаратов.

— Здесь важно учитывать и физические ограничения: при обмене сигналами между аппаратами на точность временных измерений влияет не только погрешность часов, но и время распространения сигнала, которое зависит от расстояния между устройствами, — пояснил эксперт.

Таким образом, для полноценной оценки разработки необходимо указать конкретный сценарий, в котором предложенный подход действительно дает существенные преимущества — например, за счет простоты реализации, компактности и низкой стоимости.