Σμήνη ρομπότ

Είναι μηχανές, αλλά μπορούν να επικοινωνούν, να συνεργάζονται, να προσαρμόζονται στο περιβάλλον ή ακόμα και να ανταγωνίζονται μεταξύ τους. Όλα αυτά τα κάνουν χωρίς να διαθέτουν έναν κεντρικό εγκέφαλο, αλλά χάρη στη συλλογική συμπεριφορά που προκύπτει από τη συνεργασία όλων των μελών της ομάδας.

Η ανάπτυξη της ρομποτικής κατά τις τελευταίες δεκαετίες δεν έχει φαινομενικά να επιδείξει επαναστατικές καινοτομίες όσο τα ισχυρά υπολογιστικά προγράμματα και η τεχνητή νοημοσύνη. Υπάρχει όμως ένας σταθερά αναπτυσσόμενος τομέας, η μικρορομποτική, η οποία συσσωρεύει καθημερινά επαναστατικές τεχνολογικές καινοτομίες.

Μια τέτοια, πολλά υποσχόμενη στρατηγική έρευνας σ' αυτό τον τομέα είναι η κατασκευή μικρορομπότ ικανών να συνεργάζονται αρμονικά για να παράγουν συλλογικά έξυπνες συμπεριφορές τις οποίες θα ήταν αδύνατο να επιδείξει σήμερα το κάθε μεμονωμένο ρομπότ-μέλος της ομάδας.

Στην ουσία πρόκειται για μικροαυτοοργανωμένα συστήματα που αποτελούνται από πολλά μικρότερα ημιαυτόνομα συστήματα (ρομποτάκια) τα οποία δε θα ήταν σε θέση να εκτελέσουν από μόνα τους τις εργασίες που επιτελεί το υπερσύστημα που απαρτίζουν όλα μαζί.

Οι αρετές της συνεργασίας

Φανταστείτε μια αλλόκοτη πολυπληθή συμμορία από ρομποτάκια ικανά να πετούν, να κολυμπούν και να κινούνται συντεταγμένα κατά ομάδες.

Επιπλέον, να μπορούν να προσαρμόζονται στο περιβάλλον, να κολλούν το ένα πάνω στο άλλο για να υπερπηδούν εμπόδια, να μετακινούν βαριά υλικά και γενικότερα να βοηθούν σε επιχειρήσεις διάσωσης ή στην ανέγερση οικοδομημάτων. Σενάριο επιστημονικής φαντασίας; Κάθε άλλο. Πρόκειται για την πρωτοποριακή σύζευξη της επιστήμης και της νανοτεχνολογίας.

Πράγματι, με τέτοιες και άλλες ακόμα πιο εκπληκτικές ικανότητες ελπίζουν οι ειδικοί να προικίσουν τη νέα γενιά ρομπότ που σχεδιάστηκαν ώστε να επιτυγχάνουν ομαδικά έναν κοινό στόχο και να είναι πολύ πιο αποτελεσματικά από το πιο εξελιγμένο μεμονωμένο ανδροειδές (ανθρωπόμορφο ρομπότ).

Κατασκευάζονται σε διάφορα μέρη του κόσμου, κυρίως στο ελβετικό Πολυτεχνείο της Λοζάννης. Εκεί μια ερευνητική ομάδα υπό την καθοδήγηση του πρωτοπόρου Ιταλού ερευνητή Ντάριο Φλορεάνο σχεδιάζει ρομπότ ικανά να συνεργάζονται ή να ανταγωνίζονται αλλά και να εξελίσσονται προσαρμοζόμενα σαν ζωντανά πλάσματα στο εξωτερικό περιβάλλον.

Η συλλογική νοημοσύνη

Πώς προκύπτει μια ευφυής συμπεριφορά από ένα τόσο ανόητο υπόστρωμα; Το ερώτημα βασανίζει τους ειδικούς από διάφορους επιστημονικούς κλάδους. Την απάντηση αναζητούν οι ερευνητές σε μια σειρά από νέες επιστημονικές έννοιες: την αυτοοργάνωση (ικανότητα αυτοδημιουργίας κάποιων συστημάτων) και τη μη γραμμικότητα (ελάχιστα αίτια μπορούν να μεγεθυνθούν, γιατί στα πολύπλοκα συστήματα οι ίδιες αιτίες δεν παράγουν πάντοτε τα ίδια αποτελέσματα). Αν πληρούνται όλοι οι προηγούμενοι όροι εμφανίζονται νέες απρόβλεπτες αναδυόμενες ιδιότητες.

Την ιδέα αυτή εμπνεύστηκαν οι ειδικοί της ρομποτικής από ένα βιολογικό μηχανισμό πολύ διαδεδομένο στη φύση. Σμήνη πουλιά, κοπάδια ψάρια, αγέλες ή κοπάδια ζώα μετακινούνται συντονισμένα σαν ένας μοναδικός υπεροργανισμός. Ακόμα πιο εκπληκτική είναι η περίπτωση μερικών εντόμων όπως τα μυρμήγκια, οι σφήκες, οι μέλισσες και, κυρίως, οι τερμίτες, που οργανώνονται και δημιουργούν περίτεχνες φωλιές ή εκδηλώνουν συμπεριφορές που ξεπερνούν τις ικανότητες των μεμονωμένων ατόμων, τα οποία αγνοούν τις εργασίες στις οποίες συμμετέχουν.

Οι κανόνες του σμήνους

Όπως ανακάλυψαν οι ηθολόγοι, αυτή η ικανότητα να οργανώνονται με περίπλοκο τρόπο και να επιδεικνύουν σύνθετες και αυτορυθμιζόμενες συμπεριφορές δεν είναι εγγεγραμμένη στα γονίδιά τους αλλά είναι μια αναδυόμενη ιδιότητα που βασίζεται σε επίκτητες συμπεριφορές που εντυπώνονται κατά τα πρώτα στάδια της ζωής τους. Ο τρόπος όμως με τον οποίο αναδύονται αυτές οι συλλογικές συμπεριφορές παραμένει σε μεγάλο βαθμό μυστήριο.

Ο πληροφορικός Κρεγκ Ρέινολντς ήταν ο πρώτος που έκανε κάποιες εύλογες υποθέσεις. Το 1987 διατύπωσε τρεις βασικούς κανόνες που πρέπει να ακολουθήσουν τα πουλιά για να σχηματίσουν ένα σμήνος:

1) Να μην πλησιάζουν πέρα από ένα ορισμένο όριο άλλα αντικείμενα ή πουλιά.

2) Να διατηρούν την ίδια ταχύτητα και κατεύθυνση με τους πλησιέστερους συντρόφους τους.

3) Να κατευθύνονται προς το κέντρο της πιο κοντινής ομάδας.

Σήμερα είναι δυνατή η ρεαλιστική προσομοίωση της συμπεριφοράς των σμηνών, των κοπαδιών και των αγελών αν εφαρμόσουμε αυτούς τους κανόνες σε εικονικά πουλιά που ονομάστηκαν boid (από το αγγλικό "bird-oid").

Σκοπός των προσομοιώσεων δεν είναι απλά η ικανοποίηση της επιστημονικής περιέργειας, αλλά η ανάπτυξη τεχνικών που εφαρμόζονται με επιτυχία και στον κινηματογράφο. Για παράδειγμα, boid είναι οι νυχτερίδες και οι πιγκουίνοι στην ταινία Η Επιστροφή του Μπάτμαν (1992), οι γαλίμιμοι στο Τζουράσικ Παρκ (1993) και τα διαστημικά πλάσματα στο επεισόδιο "Voyager" της σειράς Star Trek.

Άραγε θα μπορούσαν αυτοί οι κανόνες να εφαρμοστούν και στα ρομπότ; "Μέχρις ενός σημείου, ναι" απαντά ο Ν. Φλορεάνο, καθηγητής ρομποτικής στο Πολυτεχνείο της Λοζάννης. "Όταν έχουμε να κάνουμε με πραγματικά ρομπότ αντί για εικονικά boid, το πρόβλημα γίνεται περίπλοκο. Τα ρομπότ δεν καταφέρνουν να διατηρούν τις αποστάσεις τους τόσο εύκολα".

Συλλογικότητα μέσα από το χάος

Αν κάποτε τα ρομπότ αποκτήσουν συλλογικές ικανότητες θα θυμίζουν περισσότερο αυτές των εντόμων παρά των σμηνών. Ο Φλορεάνο κατασκεύασε ρομπότ που διαθέτουν ένα γενετικό πρόγραμμα, μια αλληλουχία μπιτ, και είναι ικανά να μαθαίνουν από τον εξωτερικό κόσμο, να αναπτύσσονται και να αναπαράγονται. Αυτή η συμπεριφορά τους δεν είναι προγραμματισμένη, αλλά αναδύεται αυθόρμητα. Ένας θεωρητικός φυσικός θα έλεγε ότι οι εκπληκτικές ικανότητες του σμήνους προκύπτουν από αλληλεπιδρούσες αναδράσεις. Με λίγα λόγια, το σμήνος εμφανίζει έναν παράξενο ελκυστή˙ όλα τα μέλη του λειτουργούν ανεξάρτητα, αλλά η συμπεριφορά τους συγκλίνει στην ανάδυση ορισμένων σταθερών προτύπων.

Μεθοδολογική πολυφωνία

Ανάλογα ερευνητικά προγράμματα, αλλά από διαφορετικές μεθοδολογικές προσεγγίσεις, υλοποιούνται σε διάφορα μέρη του κόσμου. Ο Κλάους Ρόναλντ Κιούμπ και ο Χονγκ Ζανγκ, από το Πανεπιστήμιο της Αλμπέρτα, στον Καναδά, κατασκεύασαν ρομπότ-μυρμήγκια στα οποία ανέθεσαν να σπρώχνουν ένα βάρος προς μια φωτεινή πηγή.

Τα ρομπότ αναζητούν και βρίσκουν το αντικείμενο, προσπαθούν να το σπρώξουν και, αν δεν τα καταφέρουν, αλλάζουν θέση. Στην περίπτωση των ρομπότ-μυρμηγκιών η συλλογική συμπεριφορά δεν προκύπτει ούτε από προσαρμογή στο περιβάλλον ούτε από την επικοινωνία μεταξύ των ρομπότ αλλά από απλούς κανόνες ήδη προγραμματισμένους.

Άλλες ερευνητικές ομάδες μελετούν ρομπότ που επικοινωνούν μεταξύ τους. Αντί να ελέγχονται από μια κεντρική μονάδα ή να κινούνται το καθένα για λογαριασμό του, ελέγχονται από τη συλλογική swarm intelligence (ευφυΐα σμήνους). Ο Ρας Ρόμπινετ, από τα Εθνικά Εργαστήρια Σάντια (ΗΠΑ), εφάρμοσε μια τεχνική που ονόμασε swarming (σμηνοποίηση), η οποία επιτρέπει σε μια ομάδα ρομπότ να αναζητούν ένα στόχο -για παράδειγμα, ένα σκιέρ που έπεσε σε χαράδρα- με τον πιο αποτελεσματικό τρόπο. Πώς; Κάθε ρομπότ πληροφορεί συνεχώς τα υπόλοιπα για τη θέση του και για την ισχύ του σήματος που λαμβάνει από το στόχο.

Η ομάδα του Φλορεάνο επεξεργάζεται κι ένα άλλο πρόγραμμα διάσωσης: το Swarmbot. "Η ιδέα είναι να δημιουργήσουμε ένα πολύπλοκο ρομποτικό σύστημα που θα αποτελείται από πολλά στοιχεία καθένα από τα οποία θα ονομάζεται S-bot. Αυτά τα στοιχεία θα μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους και να συνενώνονται έτσι ώστε να εκτελούν αποστολές αδύνατες για ένα μόνο ρομπότ, όπως η μεταφορά πολύ μεγάλων αντικειμένων ή η υπερπήδηση μεγάλων χασμάτων στο έδαφος" εξηγεί ο Φλορεάνο.

Στρατιωτικές εφαρμογές

Αυτές οι τεχνολογικές εξελίξεις ενέπνευσαν το μυθιστόρημα επιστημονικής φαντασίας με τίτλο Το Θήραμα, τελευταίο βιβλίο του Μάικλ Κράιτον, συγγραφέα μπεστ-σέλερ όπως το Τζουράσικ Παρκ. Στο βιβλίο ένα σμήνος μικροσκοπικά ρομπότ ικανά να συμπεριφέρονται σαν ένας οργανισμός εξεγείρονται και απειλούν την ανθρωπότητα.

Πράγματι, εκτός από το να συνεργάζονται, τα σμήνη ρομπότ μπορούν να προγραμματιστούν και για να ανταγωνίζονται ή να επιτίθενται. Για να διερευνήσει αυτή τη δυνατότητα ο Φλορεάνο κατασκεύασε ένα σύστημα κυνηγού-θηράματος. Το ρομπότ-κυνηγός, με οξεία όραση, πρέπει να καταδιώξει το ρομπότ-θήραμα, το οποίο βλέπει μόνο σε μικρές αποστάσεις, είναι όμως ταχύτερο.

"Στις δοκιμές μας και τα δύο ρομπότ μπορούν να κινούνται επί δύο λεπτά. Ας υποθέσουμε ότι συγκρούονται -οπότε έχει νικήσει ο κυνηγός- μετά από ενάμισι λεπτό, στο 75% του συνολικού χρόνου. Σ' αυτή την περίπτωση ο κυνηγός θα έχει μια πιθανότητα 25% να αναπαραχθεί, ενώ το θήραμα 75%. Σ' αυτό το σημείο ο επεξεργαστής των ρομπότ προσομοιώνει την αναπαραγωγή των ρομπότ και εισάγει κάποιες γενετικές αλλαγές. "Κατά τη διάρκεια του ανταγωνισμού ευνοούνται μεταλλάξεις που τείνουν να δυσκολέψουν ή να μπερδέψουν τον αντίπαλο" εξηγεί ο Φλορεάνο. Η ανάπτυξη τέτοιων επιθετικών και αμυντικών στρατηγικών απαιτεί περίπου είκοσι γενεές.

"Μια άλλη στρατηγική ονομάζεται "της μύγας και της αράχνης. Τις περισσότερες φορές το θήραμα, μη διαθέτοντας την ικανότητα μακροσκοπικής όρασης, κινείται με ταχύτητα γύρω από τα τοιχώματα του αγωνιστικού χώρου. Τότε ο κυνηγός, αντί να χρησιμοποιήσει την όρασή του, οπισθοχωρεί μέχρι να ακουμπήσει στον τοίχο και περιμένει εκεί να συναντήσει το θήραμα. Η τελική εντύπωση είναι ότι έχουμε να κάνουμε με ζωντανά όντα" εξηγεί ο Φλορεάνο. Στην πραγματικότητα αυτά τα αυτόματα απέχουν πολύ από το να διαθέτουν έστω και την ελάχιστη νοημοσύνη ενός μυρμηγκιού.

by SociaLMagazinE