En ne parlant qu’entre eux, ces robots mobiles coopèrent pour créer des motifs et des formes
Les chercheurs de la NorthWestern University ont construit un essaim de 100 petits robots mobiles, chacun mesurant 12 cm de haut et 10 cm de diamètre. Les robots échangent des informations et se déplacent pour former des formes sans collision ni blocage.
Les essaims de petits robots peu coûteux constituent un domaine de recherche incontournable en robotique. Avec un essaim, vous pouvez souvent accomplir des tâches qui seraient peu pratiques (ou impossibles) pour de plus gros robots, d’une manière beaucoup plus résistante et rentable que ne le pourraient jamais les gros robots.
La difficulté consiste à faire travailler un essaim de robots ensemble pour faire ce que vous voulez qu’ils fassent, surtout si ce que vous voulez qu’ils fassent est une tâche compliquée ou très structurée. Ce n’est pas si mal si vous avez une sorte de contrôleur qui peut voir tous les robots à la fois et leur dire où aller, mais c’est un luxe que vous ne trouverez probablement pas en dehors d’un laboratoire de robotique.
Les chercheurs de l’université Northwestern, à Evanston dans l’Etats de l’Illinois aux Etats-Unis, ont travaillé sur un moyen de fournir un contrôle décentralisé à un essaim de 100 petits robots programmés de manière identique, ce qui leur permet de trouver collectivement un moyen de passer d’une forme à une autre sans se rencontrer ne serait-ce qu’un peu.
Le processus utilisé par les robots pour déterminer où aller semble être le plus simple possible : On leur donne une forme à former, de sorte que chaque robot choisit l’endroit où il veut se rendre (où il veut se retrouver dans la forme), puis planifie un chemin pour aller de l’endroit où il se trouve à l’endroit où il doit aller, en suivant un modèle de grille pour rendre les choses un peu plus faciles. Mais en utilisant cette méthode, vous vous heurtez immédiatement à deux problèmes : Premièrement, comme il n’y a pas de contrôle central, vous pouvez vous retrouver avec deux (ou plusieurs) robots ayant le même objectif ; et deuxièmement, il n’y a aucun moyen pour un seul robot de planifier un chemin jusqu’à son objectif de manière à être certain de ne pas tomber sur un autre robot.
Pour résoudre ces problèmes, les robots se parlent entre eux pendant qu’ils se déplacent, non seulement pour éviter d’entrer en collision avec leurs amis, mais aussi pour savoir où vont leurs amis et s’il vaut la peine d’échanger leurs destinations. Comme les robots sont tous les mêmes, ils ne se soucient pas vraiment de leur destination exacte, tant que toutes les positions d’objectif sont occupées. Et si un robot parle à un autre robot et qu’ils conviennent qu’un échange de buts les obligerait tous les deux à moins se déplacer, ils vont de l’avant et échangent. L’algorithme s’assure que toutes les positions de but sont finalement remplies et aide également les robots à éviter de se rencontrer par une utilisation judicieuse de la commande « wait ».
Ce qui est nouveau dans cette approche, c’est que malgré la nature entièrement distribuée de l’algorithme, il est également prouvé qu’il est correct et qu’il aboutira à la formation garantie d’une forme entière sans collision ni blocage. Pour autant que les chercheurs le sachent, c’est le premier algorithme à faire cela.
Ce qui est vraiment nouveau dans cette approche, c’est que malgré la nature entièrement distribuée de l’algorithme, il est également prouvé qu’il est correct et qu’il aboutira à la formation garantie d’une forme entière sans collisions ni blocages. Pour autant que les chercheurs le sachent, c’est le premier algorithme à faire cela. Et comme il est efficace sans aucun contrôle centralisé, on peut considérer « l’essaim » comme une sorte d’entité collective propre à Borg, ce qui est plutôt cool.
Les chercheurs de Northwestern qui sont derrière tout cela sont Michael Rubenstein, professeur adjoint d’ingénierie électrique et d’informatique, et son doctorant Hanlin Wang. Vous vous souvenez peut-être de Mike pour son travail sur les kilobots à Harvard, dont nous avons parlé en 2011, 2013, et encore en 2014, lorsque Mike et ses collègues chercheurs ont réussi à en réunir un millier ( !). Aussi génial que ce soit d’avoir un millier de robots, quand vous commencez à réfléchir à ce qu’il faut pour les charger, les réparer et les modifier, un millier de robots (un millier de robots !), il est logique qu’ils aient un peu mis à jour la plateforme (maintenant appelée Coachbot) et réduit la taille de l’essaim à 100 robots physiques, le reste se faisant en simulation.
Ces robots, nous dit-on, « se comportent beaucoup mieux ».
Un essaim de robots. Image : Université de Northwestern
Le matériel utilisé par les chercheurs dans leurs expériences. 1. Les robots mobiles Coachbot V2.0 (hauteur de 12 cm et diamètre de 10 cm) sont équipés d’un système de localisation basé sur le HTC Vive (a), l’ordinateur Raspberry Pi b+ (b), la carte mère électronique (c) et une batterie rechargeable (d). L’arène des robots utilisés dans les expériences est équipée d’une caméra aérienne utilisée uniquement pour l’enregistrement de vidéos (e) et d’une station de base HTC Vive aérienne (f). Les expériences reposaient sur un essaim de 100 robots (g). 2. Le réseau de communication de l’essaim Coachbot V2.0 se compose d’une connexion Ethernet entre la station de base et un routeur Wi-Fi (lien vert), de connexions TCP/IP (liens bleus) et de connexions de diffusion de couche 2 (liens noirs). 3. Un essaim de 100 robots. 4. Les robots rechargent leurs batteries en se connectant à deux bandes métalliques fixées au mur.
