Ученые Пермского Политеха воссоздали универсальный механизм коллективного поведения для роботов, изучив императорских пингвинов. В суровых условиях Антарктиды императорские пингвины демонстрируют пример идеальной самоорганизации. Они способны формировать сложные динамические структуры для коллективного выживания.

Ранее ученые ПНИПУ разработали математическую модель, которая показала, что группа роботов, движущихся к теплу, подобно животным, способна самоорганизовываться в упорядоченные структуры. Сейчас они усовершенствовали модель: рассматривали каждый элемент группы индивидуально. Основой модели стали два правила, позаимствованные из наблюдений за пингвинами. Первое — движение в сторону увеличения температуры: чем холоднее среда, тем сильнее стремление присоединиться к группе, где больше тепла. Второе — сила отталкивания, которую добавили в модель, чтобы агенты не сталкивались и сохраняли между собой дистанцию при движении.

Используя для анализа рой роботов Kilobot исследователи обнаружили, что синтетические системы демонстрируют те же переходы, что и живые стаи. «Механическое движение агентов рассчитывалось пошагово: компьютер моделировал поведение через небольшие промежутки времени. На каждом таком шаге программа определяла текущее положение всех роботов, рассчитывала силы притяжения и отталкивания для каждого объекта», — рассказывает Кирилл Костарев, младший научный сотрудник кафедры «Прикладная физика» ПНИПУ.

В ходе исследования было также выявлено, что при малой численности агенты формируют неподвижную кристаллоподобную структуру. Однако при превышении порога численности (около 110 объектов) в системе спонтанно возникает вихревое движение. Это значение становится ключевым параметром при проектировании реальных скоплений роботов.