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2015-03-08 12:46

【答分歧】来看看集群机器人(Swarm Robotics)——“大白”里的微型机器人(Microbot)

文/周洋帆 实习生


在《超能陆战队》引发的一系列关于人工智能的讨论中,其中一个是——小宏发明的、教授为占有甚至不惜放火“自焚”的“黑魔法”:神经控制微型机器人——还是那个问题,现在能造得出来吗?


“神经控制微型机器人”涉及两个核心技术:一是神经传感控制,《<超能陆战队>里神经传感控制机器人能做到了吗》一文对此有所介绍;二是今天要讨论的,集群机器人(Swarm Robotics)的运行。


这个领域在2014年取得巨大突破。


去年年末,在英国《自然》杂志评选出的2014年度十人里,来自哈佛的科学家Radhika Nagpal凭借集群机器人上榜,准确地说,她的作品是1024只名叫Kilobot的微型机器人。


0.jpg

“Kilobot” 样子如图,外形上3.3厘米高,跟硬币差不多大小;其标配是一个红外传感器、一个震动式马达和一个小型微处理器。


红外传感器是用来接收主控台的信息和机器人之间的沟通,当两个机器人间距不超过10厘米时,它们能够彼此通过红外线进行交流。


接受到来自邻近的信息之后,在经过内植简单程序的微处理器的分析后,微型机器人能够执行具体的命令,信息就这样一层一层传导开。


具体执行时,震动式马达通过抬起“腿”而完成移动。


在以上三个小部件的共同作用下,当主控台让小机器人排成“K”或者是五角星的形状之后,历时12个小时的默默分工合作,机器人们完成排列。




除此以外,Kilobots还能够对错误进行修正。如果出现了交通堵塞、或者是有机器人偏离轨道,邻近的机器人都能够检测到问题, 进行自我修正。


Kilobot的革命意义在哪里?为何是她?为何是它?


首先它价格便宜。每只成本只不到15美元,和动辄造价上千上万的机器人比起来,实在是友好太多。过去考虑到价格只能通过计算机模拟来进行的集群机器人的研究,现在能够很方便地进行实际研究。


第二是数量上的突破。宾夕法尼亚大学的工程师 Mark Yim曾说过,“建立并操作这样一个大型的机器人群是一项工程上的挑战……之前这样的实验最多观察了50个左右机器人的行为。”如同军队管理一样,数量的增大带来的难度是呈指数上升的。实验人员自己也曾经说过,在经过长期的运算和实践后,才找到了构建大规模机器人集群临界点的算法和硬件。


第三是它未来广泛的应用前景,这至少可以体现在两个方面:


√首先,虽然Kilobot现存的一个缺点是只能在平面上进行移动。但随着缺点的克服,它取代3D打印机的一天便也指日可待。未来可以通过Kilobots用三维的模式组装各种事物,比如建造真实的变形金刚,或者如项目负责人之一Michael Rubenstein所说:“它们可以自动变换形状来适应当前的任务,你甚至可以让他们构建出其他机器人。”

——总之,电影中小宏展示时建造的房屋和道路,都可以完成。


√其次是在集体人工智能(Collective Artificial Intelligence)方面:这群机器人可以用来研究群体行为,帮助人类更好地理解人类群体行为。哈佛大学数学家 L.Mahadevan对此的评价是,未来这些机器人也许能掩饰群体发展、竞争、进化的过程,“不要被你的想像力所束缚”。


第四是它所包含的重要意义。


在执行任务中,每只机器人只能和邻近的进行沟通,这就代表着每个个体眼光都是局限的、没有一个个体能够知道全局情况。但是,这一个个只安装有很基础程序、称得上是“低能”的机器人,却在没有“领导”的情况下,自己通过协作、完成了任何个体都无法想象的任务。


——这是不是让你想起了凯文.凯利在《失控》里所描写的“分布式系统”?


在他所描写的情形里,以蜂群为代表,大量“愚蠢”的个体在分工的情况下完成了高难度的行为。Nagpal自己也曾提到过,自然界动物的自我组织现象,比如蜂群白蚁等,给了她巨大启发。


所以Kilobots背后令人惊叹的一点,是KK建造机器思想的落实——建造成本低廉的小机器,而不是一台高级电脑或成本高昂的机器人。先让他们完成简单的任务,比如当前只能在平地上移动完成一定图形;再在此基础上一步步叠加复杂的任务,并不断重复,而最终实现整个人工智能的突破,无限接近、甚至超过人类。


如同KK在专访中所说,“去中心化、无领导的、点对点的、网络特征的(大规模)合作——我认为一个无中心的合作工作模式,到今天为止仍然是一种极具能量的完成任务方式,不仅在软件领域,而在任何领域都有效。”

所以,Kilobots代表着人工种群的诞生!


最后一句题外话,现在Kilobots由一个叫K-team的瑞士公司进行市场开发,一打10个售价1100瑞士法郎, 约莫7011人民币,有兴趣的不妨买来玩玩儿!


Reference:

华尔街日报:Harvard Scientists Devise Robot Swarm that Can Work Together 

维基百科:http://en.wikipedia.org/wiki/Kilobot

Harvard自己官方报道:A self-organizing thousand-robot swarm


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