要約
大規模マルチエージェントシステム(LS-MAS)は、いくつかの自律的な構成要素から構成され、自明でない方法で相互作用するため、アンサンブルの出現する挙動は、構成要素の個々のダイナミクスとそれらの相互作用に依存する。これらのモデルは、人工的なものだけでなく、多種多様な自然システムを記述することができ、比類のないスケーラビリティ、ロバスト性、柔軟性を特徴としている。実際、重要な目的は、特定の目標を達成するために、LS-MASの空間的挙動をモデル化し、制御する効率的な戦略を考案することである。しかし、このようなシステム固有の複雑さと、新たに出現する行動の幅広いスペクトルは、重大な課題を突きつけている。従って、本論文の包括的な目標は、LS-MASの空間的行動をモデル化、分析、制御するための手法を進化させ、細胞集団や群ロボット工学に応用することである。本論文は既存文献の概要から始まり、2つの異なるパートで構成されている。群ロボット工学の文脈では、パートIは、幾何学的パターン上でエージェントを空間的に組織化する分散制御アルゴリズムを扱う。その貢献は2つあり、独創的な制御アルゴリズムの開発と、特定の幾何学的パターンの出現を保証することを可能にする新しい形式的解析の両方を包含している。第II部では、生物エージェントの空間的挙動に注目し、微生物の動きと光刺激に対する反応を研究するための実験を行う。これにより、これらの行動を捉える数理モデルの導出とパラメトライゼーションが可能となり、微生物の空間制御のための革新的なアプローチの開発への道が開かれる。本論文で発表された成果は、革新的なプラットフォームと独自の計算フレームワークを用いて、形式的な解析ツール、シミュレーション、実験を活用することによって開発された。
要約(オリジナル)
Large-Scale Multi-Agent Systems (LS-MAS) consist of several autonomous components, interacting in a non-trivial way, so that the emerging behaviour of the ensemble depends on the individual dynamics of the components and their reciprocal interactions. These models can describe a rich variety of natural systems, as well as artificial ones, characterised by unparalleled scalability, robustness, and flexibility. Indeed, a crucial objective is devising efficient strategies to model and control the spatial behaviours of LS-MAS to achieve specific goals. However, the inherent complexity of these systems and the wide spectrum of their emerging behaviours pose significant challenges. The overarching goal of this thesis is, therefore, to advance methods for modelling, analyzing and controlling the spatial behaviours of LS-MAS, with applications to cellular populations and swarm robotics. The thesis begins with an overview of the existing Literature, and is then organized into two distinct parts. In the context of swarm robotics, Part I deals with distributed control algorithms to spatially organize agents on geometric patterns. The contribution is twofold, encompassing both the development of original control algorithms, and providing a novel formal analysis, which allows to guarantee the emergence of specific geometric patterns. In Part II, looking at the spatial behaviours of biological agents, experiments are carried out to study the movement of microorganisms and their response to light stimuli. This allows the derivation and parametrization of mathematical models that capture these behaviours, and pave the way for the development of innovative approaches for the spatial control of microorganisms. The results presented in the thesis were developed by leveraging formal analytical tools, simulations, and experiments, using innovative platforms and original computational frameworks.
arxiv情報
| 著者 | Andrea Giusti |
| 発行日 | 2024-12-30 19:16:14+00:00 |
| arxivサイト | arxiv_id(pdf) |