I ricercatori del Naval Research Laboratory degli Stati Uniti hanno pilotato una flotta di 30 dirigibili autonomi in miniatura all'unisono per testare il comportamento a sciame dei sistemi autonomi. I dirigibili hanno risposto l'un l'altro durante il volo e hanno risposto alle mutevoli condizioni.

Don Sofge, capo del gruppo di sistemi autonomi distribuiti presso NRL, e il suo team stanno lavorando per ulteriori ricerche sui super sciami autonomi. Il loro obiettivo è far volare più di 100 dirigibili in miniatura controllati quest'anno.

I ricercatori della Georgia Tech hanno creato la piattaforma dirigibile in miniatura e continuano a fornire aggiornamenti di progettazione in collaborazione con il gruppo di Sofge. Quest'anno, stanno aggiornando i motori, aggiungere sensori e apportare modifiche al design.

"Il processo è un continuo dare e avere con il design e la scala, " Sofge ha detto. "È meglio iniziare con un design semplice. Si inizia con qualcosa che funziona e poi si apportano modifiche incrementali. Ci sono sfide con il design e ci sono sfide con il ridimensionamento. Quindi stiamo riprogettando e quindi ridimensionando per produrre i 100 dirigibili. Facciamo un passo alla volta".

La scienza dello sciame

Uno degli obiettivi della ricerca di Sofge è comprendere i potenziali usi per sciami di sistemi autonomi, sia difensivi che offensivi. Alcuni comportamenti emergenti desiderati includono la protezione di un bene, fornendo copertura dell'area, condurre missioni di ricognizione, o semplicemente spostandosi in formazione da un luogo all'altro.

Egli paragona i singoli agenti autonomi alle formiche in una colonia. Le formiche compiono azioni spesso equiparate alle funzioni di una società, ma non hanno un controllo centrale. La possibilità di replicare comportamenti individuali in sistemi autonomi è di grande interesse per i ricercatori.

"Stiamo usando questi come piattaforme per dimostrare i comportamenti dello sciame, Sofge ha detto. "I comportamenti sono programmati in ogni agente individualmente. L'idea è che ogni agente prenda le proprie decisioni, percependo il mondo che lo circonda in modo che l'azione del gruppo si traduca in un comportamento emergente desiderabile."

"Per far fare allo sciame qualcosa di utile, devi pensare a come programmare l'individuo, " ha detto. "Quali comportamenti o algoritmi sono in esecuzione sul singolo agente? In natura, la maggior parte dei sistemi di colonie o sciami non ha un controllo centralizzato. Ogni individuo sta sostanzialmente interagendo con il suo ambiente, ma collettivamente sono in grado di fare cose molto interessanti e utili."

Sofge e il suo team pianificano di progettare tali comportamenti per aumentare il comportamento di sciamatura emergente per coinvolgere fino a 10, 000 sistemi autonomi.

"Se lavori con un'architettura di controllo centralizzata tradizionale, devi affrontare le sfide della comunicazione con 10, 000 agenti individualmente, Sofge ha detto. "Non si può presumere che tutti sappiano dove si trovano tutti gli altri perché interagiscono solo a livello locale in base a ciò che percepiscono e alle decisioni che stanno prendendo e alle azioni che stanno intraprendendo a livello locale".

Il team di ricerca dell'NRL sta anche lavorando per stabilire un'architettura di rete senza soluzione di continuità. Stanno sfruttando le architetture e i protocolli di rete esistenti per un gran numero di oggetti che lavorano insieme. Ogni oggetto in uno sciame è dinamico e la sua posizione non è mai fissa. L'oggetto può entrare e uscire dalla rete, il che rende estremamente difficile la sovrapposizione di un'architettura di rete.

Gli oggetti autonomi in uno sciame devono affrontare una sfida comune negli ambienti militari:la comunicazione. Il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti opera in tutto il mondo, dal gelido Artico alle calde foreste tropicali. Rimanere in comunicazione con un agente nonostante ambienti inospitali e potenziali inceppamenti dei nemici è qualcosa che Sofge e il suo team devono tenere a mente mentre sviluppano la tecnologia dello sciame.

La storia dell'autonomia che imita la vita

Lo studio del comportamento di sciamatura presso l'NRL è iniziato negli anni '90 ed è stato fondato sul concetto di fisicomimetica, un approccio basato sulla fisica che modella il comportamento delle particelle cariche che interagiscono tra loro. Dopo, gli approcci alla sciamatura sviluppati presso l'NRL erano ispirati alla biologia da sciami animali, come le api, formiche e uccelli in natura.

"In fisicomimetica, definisci gli oggetti come tipi di particelle e crei leggi di forza per descrivere l'azione tra quei tipi di particelle, "Sofge ha detto. "Scegliendo il tipo di particella e le leggi di forza in modo appropriato potresti ottenere sciami di agenti per fare cose interessanti, come muoversi in formazione e scorrere intorno agli oggetti."

Utilizzando concetti di ispirazione biologica come il quorum sensing, una capacità che i batteri usano per comunicare e coordinarsi tramite molecole di segnalazione, Il team di Sofge ha dimostrato un processo decisionale di gruppo complesso utilizzando semplici comportamenti basati su agenti.

I ricercatori di NRL hanno avanzato fisicomimetico e tecniche ispirate alla natura per gruppi di sistemi autonomi e pianificano di continuare a sviluppare nuovi algoritmi per i comportamenti di sciamatura. Le scoperte più recenti hanno una tecnologia sciame avanzata e mostrano il potenziale per fare progressi nelle interfacce uomo-macchina.