Emergent functional dynamics of link-bots

要約

集団の形状やダイナミクスを協力的に変化させることができる多くの無生物の個体から構成される合成活動集団は、実用化と自然集団の指導原理の解明に期待されています。
しかし、個人またはグループレベルでの知能や複雑な制御なしで効果的に動作する集合ロボットシステムの設計は困難です。
私たちは、活動的な個体間の単純な立体相互作用制約が、有望な機能を備えた多用途な活動システムをどのように生み出すかを調査します。
ここでは、リンク ボットを紹介します。これはアクティブなボットで構成される V 字型ベースの一本鎖チェーンであり、そのダイナミクスは幾何学的リンク制約によって定義され、スケールフリーで処理フリーのプログラム可能な集団動作を実現します。
この動的システムからは、移動、ナビゲーション、輸送、競合または協力的な相互作用など、さまざまな創発的特性が生じます。
リンク ボットは、いくつかのリンク パラメータの制御を通じて、狭いスペースの横断や障害、物体の横を通り過ぎたり囲い込んだり、荷物を前方と後方の両方向に推進したりするなど、さまざまな多岐にわたるタスクを実行することで豊かな有用性を示します。
リンクボットの再構成可能な性質は、私たちのアプローチが、あらゆる規模において最小限の情報と材料でプログラム可能なソフトロボットシステムの開発に大きく貢献できる可能性があることを示唆しています。

要約(オリジナル)

Synthetic active collectives, composed of many nonliving individuals capable of cooperative changes in group shape and dynamics, hold promise for practical applications and for the elucidation of guiding principles of natural collectives. However, the design of collective robotic systems that operate effectively without intelligence or complex control at either the individual or group level is challenging. We investigate how simple steric interaction constraints between active individuals produce a versatile active system with promising functionality. Here we introduce the link-bot: a V-shape-based, single-stranded chain composed of active bots whose dynamics are defined by its geometric link constraints, allowing it to possess scale- and processing-free programmable collective behaviors. A variety of emergent properties arise from this dynamic system, including locomotion, navigation, transportation, and competitive or cooperative interactions. Through the control of a few link parameters, link-bots show rich usefulness by performing a variety of divergent tasks, including traversing or obstructing narrow spaces, passing by or enclosing objects, and propelling loads in both forward and backward directions. The reconfigurable nature of the link-bot suggests that our approach may significantly contribute to the development of programmable soft robotic systems with minimal information and materials at any scale.

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