首页 >> 马旭成

机器人群协作的进化机器人方法蔡俊威

文章来源:鑫哥娱乐网  |  2022-11-23

机器人群协作的进化机器人方法

重组是由于来自不同生物体的DNA片段交配或合并而导致的遗传物质重排,具有许多进化优势。例如,它允许有机体从其基因组中去除有害的突变,并采取更有用的突变。

洛林大学的研究员Amine Boumaza最近尝试将这一过程应用于在线体现的进化机器人技术,该领域是专注于在机器人中复制进化论的机器人技术领域

在发表于《遗传与进化计算会议》的GECCO '19会议论文集的论文中,他开发了一种受进化启发的重组算子,并对其进行了三个任务的培训,这些任务需要多个机器人之间进行协作。

“我的研究涉及AI的更广泛的主题,更具体地说,是了解我们如何设计能够学习完成有趣任务的代理,” Boumaza说。“

这个研究主题不是新话题,而是旧话题,并且由于深度学习的出色成果,最近引起了广泛关注。就我而言,我对群体机器人技术更感兴趣,其目标是使大量机器人成为可能。的小型机器人合作解决任务并适应环境的变化。”

Boumaza着迷于进化策略,尤其是重组,可以更好地使生物有机体应对生命的挑战,因此着手研究是否可以将类似的机制应用于机器人方法。他的假设是,如果在机器人中成功复制,重组将提高其性能和效率。

“在谈论机器人代理时,我们通常假设一个体现在环境中的物理实体,” Boumaza说。“该代理使用一组传感器感知周围环境,这可以使其对环境有某种表现。该代理还可以使用效应器在环境中起作用这些动作是计算的结果,是我们通常所说的控制器的输出。”

三种考虑的学习环境之一,即项目收集。在项目收集中,代理商必须收集尽可能多的项目。

控制器本质上是一个程序,它处理机器人通过其传感器获取的感知,并将命令输出到其执行器。例如,在使用机器人真空吸尘器的情况下,控制器将处理有关其周围环境的信息,检测其周围是否有灰尘,然后生成输出,使机器人激活真空并前进以将灰尘悬浮。

“进一步,我们还可以考虑可以在同一环境中演化的多种代理,” Boumaza说。“在这样的设置下为每个代理设计控制器是一个非常困难的问题,目前还没有有效的技术。在这种情况下,我们可以只有很少复杂的机器人,或者很多非常简单的机器人以通常受到昆虫行为启发的方式进行互动;这就是所谓的“群机器人”。

在开发可以有效完成特定任务的机器人时,研究人员需要设计针对该特定任务量身定制的控制器。如果机器人要在其中运行的环境很简单,那么设计该控制器就可以非常容易,但是在大多数情况下,情况并非如此。

当考虑在给定环境中进行交互的多个机器人时,这甚至变得更加困难,甚至不是不可能。这样做的主要原因是人类开发人员可能无法预测每个机器人将遇到的所有情况以及解决这些情况中最有效的措施。幸运的是,近年来,机器学习的进步为机器人技术研究开辟了有趣的新可能性,使开发人员可以结合能够进行持续学习的工具,从根本上训练控制器以应对各种情况。

“以这种方式设计控制器的一种方法是使用进化算法,从广义上讲,它试图模仿物种的自然进化来进化机器人代理控制器,” Boumaza说。“这是一个反复的过程,随着动物更好地适应其环境,控制器会更好地解决任务。目标不是模拟自然进化,而是从中汲取灵感。”

三种考虑的学习环境之一,即觅食。在觅食中,代理商必须收集物品并将其运回巢穴。绿色的地板是一条信息素轨迹,增加了方向感,它高度集中在巢穴位置,而不太集中在更远的地方。信贷:阿米·布马扎

进化机器人技术只是研究人员可以用来设计机器人控制器的众多技术之一。但是,近年来,进化方法越来越流行,越来越多的研究旨在复制在动物和人类中观察到的进化策略。

“进化型机器人技术具有一些优势,例如,我们不需要指定如何解决任务,而仅需要指定一种方法来衡量任务的执行情况”,Boumaza说。它也有一些缺点,因为它是一个非常缓慢且需要大量计算的过程,在真正的机器人上很难执行。另外,这些方法通常会对性能度量非常敏感,因为它们会限制代理了解到的行为。”

与该领域的其他研究人员一样,Boumaza一直在尝试开发新方法来克服现有进化机器人技术的不足。在他最近的研究中,他特别提出了使用受重组启发的新“配合算子”,它可以提高机器人仿真中的收敛速度。这是一项了不起的成就,因为它最终可以减少将方法从仿真转移到真实机器人所需的时间。

他将重组运算符应用于三个集体机器人任务:移动,物品收集和物品觅食。然后,他将使用他算法的纯变体版本与不同重组算子的性能进行了比较。在他的实验中收集到的结果表明,如果设计正确,重组策略实际上可以改善一群机器人在他考虑的所有任务中的适应性。

将来,他提出的新的进化机器人方法可用于增强机器人在需要多个代理之间协作的任务中的性能和适应性。但是与此同时,Boumaza计划在新任务上测试他的算法,以确定他在他专注的三个任务上观察到的改进是否仍然存在。

Boumaza说:“检查我的方法是否可以在真实的机器人上实现也很有趣。” “从理论上讲,没有什么可以阻止的,除了拥有大量的物理机器人并接受处理'现实差距'(即,由于仿真的简化,我们在仿真中看到的通常不会在现实中发生。Swarm机器人就是一切关于数量和单个机器人的故障应该不会妨碍蜂群。因此,最终要确定这种方法的有效性,必须在物理机器人上进行实际测试。”

重庆银屑病关节炎医院

拉萨肾肿瘤医院

湖北血精症医院

广州阴道白斑医院

重庆朝天门医院