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

O artigo dos pesquisadores foi recentemente apresentado na conferaªncia IEEE RoboCom 2022, realizada em conjunto com a IEEE CCNC 2022, uma conferaªncia de altonívelno campo de redes e computação distribua­da. No IEEE RoboCom 2022, recebeu o praªmio de melhor artigo.

"A roba³tica de enxame estãoa 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, seránecessa¡rio usar vários nano-bots para impulsionar a imunoterapia, a transferaªncia de drogas direcionada e eficaz, etc.; Enquanto no exanãrcito, seránecessa¡rio explorar terrenos desconhecidos que são difa­ceis para os humanos para entrar, permitindo supervisão a¡gil 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 desperdia§ar um tempo significativo e resultar em alto consumo de energia.

"Para atividades como impressão 3D em larga escala, monitoramento agra­cola, etc., essas perdas são tolera¡veis, mas para trabalhos cra­ticos de tempo, como entrega de drogas nano-roba³ticas, combate a incaªndios ou atividades militares, seria muito caro comprometer a comunicação desempenho abaixo do ideal da camada ", disse o Dr. Saha. "a‰ sempre desejável ter uma solução que permita que enxames de robôs também realizem trabalhos sanãrios e cra­ticos em que a precisão não pode ser sacrificada, devido a colisaµes desnecessa¡rias 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 simulta¢nea'. Em vez de colocar dispositivos ou robôs em competição, essa abordagem permite que eles cooperem para alcana§ar um objetivo comum.

"Aplicar a transmissão simulta¢nea a uma plataforma multi- roba´ genanãrica não éuma 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 simulta¢nea e sua aplicação em vários contextos. Nossa experiência neste campo nos ajudou a criar uma nova solução baseada em arquitetura dividida para uso fa¡cil e fruta­fero de transmissão simulta¢nea para sistemas multi-roba´ heterogaªneos."

As técnicas de transmissão simulta¢nea tem várias vantagens sobre as estratanãgias de comunicação convencionais. Mais notavelmente, eles permitem que os dispositivos compartilhem dados entre si de forma mais rápida e eficiente.

Apesar de suas caracteri­sticas vantajosas, a transmissão simulta¢nea pode ser difa­cil de implementar usando hardware genanãrico. Atéagora, obteve bons resultados principalmente quando aplicado em hardware especa­fico e sofisticado.

“A roba³tica de enxame e os sistemas multi-roba´ também tem seus pra³prios requisitos, incluindo sistema de controle , IA/ML e outras tarefas de computação intensiva”, disse o Dr. Saha. "Para interligar a transmissão simulta¢nea com sistemas multi-robôs, propusemos uma arquitetura dividida onde a comunicação e os ca¡lculos são feitos em duas unidades de hardware diferentes que se comunicam entre si atravanãs de uma comunicação de linha serial fracamente acoplada. de ambos os doma­nios ao mesmo tempo."

Nãoéincomum 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 éuma sincronização de tempo perfeita em milissegundos entre unidades de hardware heterogaªneas, 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 simulta¢nea com nossa estratanãgia baseada em arquitetura dividida nos permitiu obter precisão emnívelde centa­metro entre os robôs, o que indica seu valor para a execução de missaµes cra­ticas e delicadas usando enxames de robôs."

No futuro, a nova estratanãgia baseada em transmissão simulta¢nea criada por essa equipe de pesquisadores pode ajudar a melhorar a cooperação entre vários robôs em um bando durante missaµes complexas ou sensa­veis ao tempo. Isso inclui, por exemplo, esforços de busca e salvamento, operações militares e procedimentos ciraºrgicos.

"Apa³s 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 simulta¢nea", acrescentou o Dr. Saha. “Tambanãm planejamos aplicar o mecanismo a um grande enxame de drones e vea­culos terrestres e avaliar suas capacidades”.