Ключевые слова
роботы
коллективное поведение
групповая робототехника
активная материя
эмерджентность
математическое моделирование
Как цитировать
Аннотация
в данной работе представлена двумерная математическая модель коллективного поведения роя миниатюрных роботов. Габариты, масса и ряд необходимых характеристик были установлены согласно экспериментальным данным. Роботы представлены в виде совокупности дискретных тел, взаимодействующих друг с другом в соответствии с эффективным потенциалом, вид которого зависит от взаимодействия сенсоров и излучателей с микроконтроллером. Каждый робот является источником тепла и при этом следует в направлении градиента глобального температурного поля. Для расчета температуры используется двумерное уравнение теплопроводности. Представлены результаты численного моделирования взаимодействия от нескольких штук до 500 роботов. Разработанная программа позволяет воспроизводить различные механизмы самоорганизации и коллективного поведения, например, самосборку роя роботов, находящихся на расстоянии. Для оптимизации времени выполнения применяется программно-аппаратная архитектура параллельных вычислений Nvidia CUDA. Для визуализации полученных данных использована программа gnuplot.
Литература
Хакен Г. Синергетика. Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М.: Мир; 1985. 424 с. Режим доступа: https://spkurdyumov.ru/uploads/2018/07/sinergetika-ierarxii-neustoiychivostey.pdf.
Гершуни Г. 3., Жуховицкий Е. М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука; 1972. 392 с.
Жаботинский А. М. Периодический ход окисления малоновой кислоты в растворе (исследование кинетики реакции Белоусова). Биофизика. 1964;9(3):306–311.
Trenchard H. The Peloton Superorganism and Protocooperative Behavior. Applied Mathematics and Computation. 2015;270:179–192. Режим доступа: https://arxiv.org/pdf/1509.05965.
Гакашев А. И., Тарунин Е. Л. Интенсивность тепловой конвекции в ульях. Вычислительная механика сплошных сред. 2008;1(2):16–26. Режим доступа: https://journal.permsc.ru/index.php/ccm/article/download/CCMv1n2a2/345.
Брацун Д. А., Костарев К. В. Сплошносредная модель биоконвекции с центростремительной силой. Вестник Пермского университета. 2022;2:36–46. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/sploshnosrednaya-model-biokonvektsii-s-tsentrostremitelnoy-siloy.
Xie H., Sun M., Fan X., Lin Z., Chen W., Wang L., He Q. Reconfigurable Magnetic Microrobot Swarm: Multimode Transformation, Locomotion, and Manipulation. Science Robotics. 2019;4:28. Режим доступа: 10.1126/scirobotics.aav8006.
Rubenstein M., Ahler C., Hoff N., Cabrera A., Nagpal R. Kilobot: A Low Cost Robot with Scalable Operations Designed for Collective Behaviors. Robotics and Autonomous Systems. 2014;62(7):966–975. Режим доступа: 10.1016/j.robot.2013.08.006.