Tecnologia Científica

Uma estratégia de transmissão simultânea para melhorar a cooperação multi-robô
Esta estratégia é baseada em uma arquitetura dividida que aborda a comunicação e os cálculos separadamente, ao mesmo tempo que coordena os dois periodicamente para obter os melhores resultados.
Por Ingrid Fadelli - 11/01/2022


Crédito: Bharadwaj et al.

Pesquisadores do Instituto Indiano de Tecnologia Bhubaneswar, em colaboração com TCS Research e Wageningen University, desenvolveram recentemente uma nova estratégia que pode melhorar a coordenação entre diferentes robôs que lidam com missões complexas como uma equipe. Esta estratégia, apresentada em um artigo pré-publicado no arXiv, é baseada em uma arquitetura dividida que aborda a comunicação e os cálculos separadamente, ao mesmo tempo que coordena os dois periodicamente para obter os melhores resultados.

O artigo dos pesquisadores foi recentemente apresentado na conferência IEEE RoboCom 2022, realizada em conjunto com a IEEE CCNC 2022, uma conferência de alto nível no campo de redes e computação distribuída. No IEEE RoboCom 2022, recebeu o prêmio de melhor artigo.

"A robótica de enxame está a caminho de se tornar uma ferramenta chave para a civilização humana", disse a Dra. Sudipta Saha, a pesquisadora-chefe da equipe que realizou o estudo. "Por exemplo, na ciência médica, será necessário usar vários nano-bots para impulsionar a imunoterapia, a transferência de drogas direcionada e eficaz, etc.; Enquanto no exército, será necessário explorar terrenos desconhecidos que são difíceis para os humanos para entrar, permitindo supervisão ágil de fronteiras e atividades semelhantes. Na construção, pode permitir tecnologias como a impressão 3D em grande escala e na agricultura pode ajudar a monitorar a saúde da colheita e intervir para melhorar os rendimentos. "

Independentemente do contexto em que são implementados, para ter um bom desempenho, as equipes de vários robôs precisam ser baseadas em sistemas de comunicação e coordenação eficientes . Os sistemas de comunicação convencionais, no entanto, forçam os robôs ou dispositivos a competir por uma chance de compartilhar informações com outros sistemas. Este processo pode desperdiçar um tempo significativo e resultar em alto consumo de energia.

"Para atividades como impressão 3D em larga escala, monitoramento agrícola, etc., essas perdas são toleráveis, mas para trabalhos críticos de tempo, como entrega de drogas nano-robóticas, combate a incêndios ou atividades militares, seria muito caro comprometer a comunicação desempenho abaixo do ideal da camada ", disse o Dr. Saha. "É sempre desejável ter uma solução que permita que enxames de robôs também realizem trabalhos sérios e críticos em que a precisão não pode ser sacrificada, devido a colisões desnecessárias de pacotes e uso indevido de energia."

Para superar as limitações dos sistemas de comunicação existentes, o Dr. Saha e sua equipe criaram um paradigma inteiramente novo, baseado em uma abordagem chamada 'transmissão simultânea'. Em vez de colocar dispositivos ou robôs em competição, essa abordagem permite que eles cooperem para alcançar um objetivo comum.
 
"Aplicar a transmissão simultânea a uma plataforma multi- robô genérica não é uma tarefa simples", disse o Dr. Saha. "No Grupo de Pesquisa de Sistemas Descentralizados e Inteligentes (DSSRG), estamos trabalhando em vários aspectos da comunicação baseada em transmissão simultânea e sua aplicação em vários contextos. Nossa experiência neste campo nos ajudou a criar uma nova solução baseada em arquitetura dividida para uso fácil e frutífero de transmissão simultânea para sistemas multi-robô heterogêneos."

As técnicas de transmissão simultânea têm várias vantagens sobre as estratégias de comunicação convencionais. Mais notavelmente, eles permitem que os dispositivos compartilhem dados entre si de forma mais rápida e eficiente.

Apesar de suas características vantajosas, a transmissão simultânea pode ser difícil de implementar usando hardware genérico. Até agora, obteve bons resultados principalmente quando aplicado em hardware específico e sofisticado.

“A robótica de enxame e os sistemas multi-robô também têm seus próprios requisitos, incluindo sistema de controle , IA/ML e outras tarefas de computação intensiva”, disse o Dr. Saha. "Para interligar a transmissão simultânea com sistemas multi-robôs, propusemos uma arquitetura dividida onde a comunicação e os cálculos são feitos em duas unidades de hardware diferentes que se comunicam entre si através de uma comunicação de linha serial fracamente acoplada. de ambos os domínios ao mesmo tempo."

Uma das configurações experimentais empregadas pelos
pesquisadores. Crédito: Bharadwaj et al.

Não é incomum que os roboticistas combinem diferentes tipos de unidades de hardware em uma, como o Dr. Saha e sua equipe fizeram em seu estudo recente. Ao mesclar de forma coerente dois sistemas de hardware distintos em uma arquitetura coletiva, eles conseguiram obter resultados muito promissores, aprimorando a cooperação e as comunicações entre vários robôs.

A equipe testou especificamente seu sistema de comunicação em um grupo de cinco robôs de duas rodas. Em suas avaliações, eles descobriram que seu sistema permitia que os robôs se coordenassem eficientemente ao formar diferentes formações, enquanto também se moviam dinamicamente e em velocidades semelhantes.

"Uma das principais conquistas de nosso trabalho é uma sincronização de tempo perfeita em milissegundos entre unidades de hardware heterogêneas, de maneira puramente descentralizada e sem explorar qualquer conectividade com a Internet ou GPS", disse o Dr. Saha. "Além disso, neste trabalho inicial, o uso de uma estrutura de comunicação baseada em transmissão simultânea com nossa estratégia baseada em arquitetura dividida nos permitiu obter precisão em nível de centímetro entre os robôs, o que indica seu valor para a execução de missões críticas e delicadas usando enxames de robôs."

No futuro, a nova estratégia baseada em transmissão simultânea criada por essa equipe de pesquisadores pode ajudar a melhorar a cooperação entre vários robôs em um bando durante missões complexas ou sensíveis ao tempo. Isso inclui, por exemplo, esforços de busca e salvamento, operações militares e procedimentos cirúrgicos.

"Após nosso sucesso inicial, agora vamos realizar estudos mais rigorosos e completos, especialmente sobre a interação entre os aspectos do sistema de controle e o mecanismo de comunicação baseado em transmissão simultânea", acrescentou o Dr. Saha. “Também planejamos aplicar o mecanismo a um grande enxame de drones e veículos terrestres e avaliar suas capacidades”.

 

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