A Cambridge-i Egyetem és a japán National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) kutatói nemrégiben publikáltak egy tanulmányt, amelyben lényegében arra tanították meg a robotrajokat, hogy úgy cikázzanak, mint a koffeintúladagolt kaszkadőrök – anélkül, hogy a végén egy látványos és méregdrága roncsteleppé változtatnák a légteret. Az npj Robotics március 19-i számában részletezett munka egy olyan keretrendszert mutat be, amely lehetővé teszi a többágensű rendszerek „kinodinamikailag agresszív manővereit”. Konyhanyelven: feltörték a kódot, amivel robotok tucatjai képesek szűk helyen, elképesztő sebességgel mozogni anélkül, hogy egymásba csapódnának.
A „Concrete Multi-Agent Path Planning Enabling Kinodynamically Aggressive Maneuvers” (Konkrét többágensű útvonaltervezés kinodinamikailag agresszív manőverekhez) című tanulmányt a vezető szerző, Keisuke Okumura, az AIST kutatója és a Cambridge vendégprofesszora jelentette be. A többágensű útvonaltervezés (MAPF) legnagyobb rákfenéje, hogy ahogy növeljük a robotok számát, az ütközésmentes útvonalak kiszámításához szükséges komplexitás nem egyszerűen nő, hanem szabályosan felrobban. Ez az új, „konkrét tervezésnek” keresztelt módszer zseniálisan ötvözi a folytonos, valós fizikai törvényszerűségeket egy könnyebben kezelhető, diszkrét keresési folyamattal, így másodpercek alatt képes optimális útvonalat kalkulálni akár több tucat robot számára egyszerre.
A kulcsszó itt a „kinodinamikai”: ez azt jelenti, hogy a tervezésnél nemcsak a robotok helyzetét (kinematika) veszik figyelembe, hanem a rájuk ható erőket és a lendületüket (dinamika) is. Ez a különbség aközött, mintha pontokat rajzolgatnánk egy térképen, vagy mintha száguldó versenyautók flottáját irányítanánk, amik nem tudnak csak úgy, vezényszóra satuféket nyomni egy tízfilléresen. A kutatók a gyakorlatban is bizonyították az elméletet: 40 robotot – köztük 20 kvadrokoptert és 8 földi egységet – eresztettek össze egy szűk laboratóriumi térben, ahol azok hiba nélkül hajtottak végre komplex, nagy sebességű manővereket.
Miért akkora szám ez?
Ez a kutatás egy olyan alapvető szűk keresztmetszetet szüntet meg, amely eddig gúzsba kötötte a robotrajokban rejlő valódi potenciált. Bár a jelenlegi raktári rendszerek vagy a drónshow-k látványosak, többnyire leegyszerűsített modellekre, hatalmas biztonsági ráhagyásokra és viszonylag komótos mozgásra építenek, hogy elkerüljék a katasztrófát. Azzal, hogy a rendszer képes másodpercek alatt „agresszív” és szorosan összehangolt manővereket tervezni, ez a munka megnyitja az utat a sokkal dinamikusabb és hatékonyabb felhasználás előtt.
Képzeljünk el olyan raktári robotokat, amik nem csak cammognak a kijelölt sávokban, hanem nagy sebességgel cikáznak át egymás között a rendelések teljesítése közben. Vagy gondoljunk olyan kutató-mentő drónrajokra, amelyek akrobatikus ügyességgel navigálnak keresztül egy összedőlt épület romjai között. A Cambridge vezetésével zajló kutatás megadja azt az algoritmus-alapot, amivel ezek a sci-fi forgatókönyvek gyakorlati realitássá válnak, a többrobotos koordinációt pedig az óvatoskodóan udvarias szintről a kíméletlenül hatékony irányába tolja el.
