Stavbu pritom neriadi žiadny projektový manažér ani stavebný dozor a práve kolektívna inteligencia termitov inšpirovala vedcov z Harvardu k vytvoreniu autonómnej skupiny robotov stavbárov. Tieto roboty pracujú bez akéhokoľvek dohľadu, nikto s nimi nekomunikuje. Sú to len jednoduché roboty so súborom jednoduchých príkazov, ktoré spolupracujú a menia okolité prostredie.
Systém TERMES je ukážkou, že kolektívny systém robotov dokáže postaviť zložité, trojrozmerné štruktúry bez akýchkoľvek príkazov z vonka alebo prerozdelenia úloh. Výsledok štvorročného projektu vedci predviedli na konferencii Americkej asociácie pre pokrok vedy (AAAS) a štúdiu publikovali v žurnále Science.
Roboty TERMES dokážu postaviť veže, hrady alebo aj pyramídy. Ako stavebné dielce im slúžia plastové štvorcové tehly. Dokážu si postaviť schody, aby mohli dvíhať stavbu do výšky a umiestňovať tehly tam, kde sú potrebné. V budúcnosti by takéto autonómne roboty s kolektívnou inteligenciou mohli byť využité pri stavaní protipovodňových hrádzi z vriec naplnených pieskom či budovať základne na Marse pred príletom ľudí.
Robotické brigády
„Hlavná inšpirácia, ktorú sme si vzali od termitov, je schopnosť spoločným úsilím postaviť skutočne komplikovanú stavbu bez dozoru a bez zdĺhavej diskusie, čo a ako urobiť,“ uviedla šéfka projektu Radhika Nagpalová, profesorka na harvardskej Škole strojárstva a aplikovaných vied (SEAS).
Väčšina súčasných stavebných projektov si vyžaduje dôkladné plánovanie, stavbu realizujú vyškolení stavbári zoradení do hierarchickej štruktúry. „Na začiatku máme architektonické výkresy a detailný plán realizácie stavby. Stavbyvedúci potom úkoluje svojich ľudí a kontroluje ich prácu,“ vysvetľuje spoluautor štúdie Justin Werfel. „V hmyzích kolóniách to tak nefunguje. Kráľovná nedáva príkazy ani inštrukcie. Ani jeden termit presne nevie, čo robia ostatné, ani nevie v akom štádiu výstavby ich projekt je.“
Namiesto toho sa termity spoliehajú na koncept známy ako stigmergia, čo je druh implicitnej komunikácie. Termity pozorujú zmeny urobené v okolitom prostredí a podľa toho sa správajú. Takto sú naprogramované aj roboty TERMES. Spolupracujú pri výstavbe danej štruktúry a dokonca ju aj dokážu opraviť, ak počas výstavby dôjde k nejakým zmenám. Každý robot sa zúčastňuje na výstavbe paralelne s ostatnými, ale bez toho, aby vedel, koľko ďalších robotov na stavbe pracuje, alebo kde sa presne nachádzajú. To znamená, že rovnaký súbor inštrukcií sa dá dať piatim alebo 500 či 5-tisíc robotom. Tie potom využívajú spoločnú, distribuovanú umelú inteligenciu. To okrem iného znamená, že aj keď sa nejaký robot pokazí, výstavba bez problémov pokračuje ďalej.
Nagalová a jej tím sa špecializujú na distribuované algoritmy, ktoré umožňujú veľkej skupine robotov správať sa ako kolónia termitov. Predtým vytvorili skupinu priateľských Kilobotov a teraz pracujú na projekte Robobees, teda roja robotických včiel.
„Keď sa spojí veľa členov, či už sú to termity, včely alebo roboty, často vytvoria zaujímavé spoločné správanie, ktoré sa nedá predvídať pozorovaním každého člena zvlášť,“ hovorí Werfel. „Všeobecne povedané, zaujímame sa o spájanie pravidiel pre jednotlivých členov s výsledkami celej skupiny.“ Inak povedané, všetky roboty dostanú rovnaké inštrukcie a nákres požadovaného výsledku.
Extrémna samostatnosť
Samotné roboty vytvorila Kirstin Petersenová. Sú postavené tak, aby dokázali plniť jednoduché úkony. Sú vybavené štyrmi senzormi a tromi aktuátormi. Vedia jazdiť dopredu a dozadu, otáčať sa, naložiť si tehlu na „chrbát“, liezť po tehlách ako po schodoch a zložiť a pripevniť ďalšiu tehlu. „Snažili sme sa vytvoriť čo najviac minimalistický systém,“ uviedla Petersenová. „Takýto systém je potom nielen robustnejší, ale aj výrazne znižuje množstvo výpočtov, ktoré musí robiť procesor, ktorým sú roboty vybavené. To zase umožňuje jednoduchšie opravovať chyby, respektíve zabrániť šíreniu chybového správania predtým, ako celý systém skolabuje.“
Na rozdiel od systému TERMES sa súčasné robotické systémy spoliehajú na centrálne riadenie. To si vyžaduje dohľad, ktorý sleduje všetky procesy. Druhým riešením je, že roboty spolu navzájom a často komunikujú. Takéto prístupy dokážu zvýšiť efektivitu skupiny robotov a pomáhajú systému rýchlejšie sa zotaviť z problémov. Ako však počet robotov rastie a veľkosť teritória ich pôsobenia sa zväčšuje, tým sa výrazne komplikuje prevádzka takýchto systémov. Napríklad v nebezpečnom alebo odľahlom prostredí by mohla chyba v centrálnej jednotke spôsobiť rozpad celého systému.
„Je možné, že nakoniec bude najvhodnejšie stavať robotické systémy, ktoré sú niekde medzi centralizovanými a decentralizovanými. My sme ukázali extrémny príklad decentralizovaného systému, ukázali sme, že roboty môžu fungovať ako kolónia termitov,“ povedala Nagpalová.