ROBOATS：MITの形状を変える自律ボート
新しい機能により、「ロボート」は構成を変更して、ポップアップブリッジ、ステージ、およびその他の構造を形成できます。
MITのロボットボートの艦隊は、さまざまな構成に自律的に接続解除して再組み立てし、アムステルダムの多くの運河に浮体構造を形成することにより、「シェイプシフト」の新しい機能で更新されました。
自律型ボート（センサー、スラスタ、マイクロコントローラー、GPSモジュール、カメラ、およびその他のハードウェアを備えた長方形の船体）は、MITとアムステルダム高度研究所（AMS Institute）の間で進行中の「Roboat」プロジェクトの一環として開発されています。このプロジェクトは、MITのCarlo Ratti教授、Daniela Rus、Dennis Frenchman、およびAndrew Whittleが率いています。アムステルダムは、将来、市内のにぎやかな通りの混雑を緩和するために、ロボートが165の曲がりくねった運河を巡航し、商品や人を輸送し、ゴミを収集し、または橋やステージなどの「ポップアップ」プラットフォームに自己集合することを望んでいます。
2016年に、MITの研究者は、運河の事前にプログラムされた経路に沿って前方、後方、および横方向に移動できるロボートのプロトタイプをテストしました。昨年、研究者は、より効率的で機敏なボートの低コスト、3Dプリント、4分の1スケールバージョンを設計し、高度な軌道追跡アルゴリズムを装備しました。 6月に、彼らは、ボートがお互いに目標を定めて留め合うことができる自律的なラッチ機構を作成し、失敗した場合は試行し続けます。
先週のマルチロボットおよびマルチエージェントシステムに関するIEEE国際シンポジウムで発表された新しい論文で、研究者は、ロボートが可能な限り効率的にスムーズに自分自身を再形成できるアルゴリズムを説明しています。このアルゴリズムは、すべての計画と追跡を処理します。これにより、ローボートユニットのグループは、1セットの構成で互いにラッチを解除し、衝突のない経路を移動し、新しいセット構成の適切な場所に再接続できます。
MITプールでのデモンストレーションとコンピューターシミュレーションで、リンクされたロボートユニットのグループは、直線や正方形から他の構成（長方形や「L」形など）に再配置されました。実験的な変換には数分しかかかりませんでした。移動単位の数（数十個になることもあります）と2つの形状の違いによっては、より複雑な形状シフトに時間がかかる場合があります。
「私たちは、アムステルダムの路上で活動を水に移すことを期待して、ロボートが他のロボートとの接続を確立および切断できるようにしました」と、コンピューターサイエンスアンド人工知能研究所（CSAIL）およびアンドリューおよびErna Viterbi電気工学およびコンピューターサイエンスの教授。 「運河の一方の側からもう一方の側に材料や人を送る必要がある場合、ボートのセットが集まってポップアップブリッジとして直線形状を形成できます。または、花や食品の市場向けにポップアップの幅広いプラットフォームを作成することもできます。」
Rusの論文への参加者は、MITのSenseable City LabのディレクターであるRattiであり、研究室の第一著者であるBanti Gheneti、Ryan Kelly、およびDrew Meyersのすべての研究者です。ポスドク新宮公園;そして研究仲間のピエトロ・レオニ。
衝突のない軌道
研究のために、研究者は自律的な計画、追跡、およびロボートユニットのグループの接続に関する課題に取り組む必要がありました。たとえば、各ユニットに固有の機能を与えて、互いの位置を特定し、分割して改革する方法に同意し、自由に動き回るには、複雑な通信と制御技術が必要であり、動きが非効率で遅くなります。
よりスムーズな運用を可能にするため、研究者はコーディネーターとワーカーの2種類のユニットを開発しました。 1人以上のワーカーが1つのコーディネーターに接続して、「接続された船舶プラットフォーム」（CVP）と呼ばれる単一のエンティティを形成します。すべてのコーディネーターユニットとワーカーユニットには、4つのプロペラ、ワイヤレス対応マイクロコントローラー、および複数の自動ラッチメカニズムと、それらを相互にリンクできるセンシングシステムがあります。
ただし、コーディネーターには、ナビゲーション用のGPSと、ローカリゼーション、ポーズ、速度を計算する慣性測定ユニット（IMU）も装備されています。労働者には、CVPが経路に沿って操縦するのに役立つアクチュエータのみがあります。各コーディネーターは、接続されているすべてのワーカーを認識し、ワイヤレスで通信できます。構造は複数のCVPで構成されており、個々のCVPは互いにラッチしてより大きなエンティティを形成できます。
シェイプシフト中、構造内のすべての接続されたCVPは、初期形状と新しい形状の幾何学的な違いを比較します。次に、各CVPは、同じ場所に留まるかどうか、および移動する必要があるかどうかを判別します。移動する各CVPには、分解する時間と新しい形状の新しい位置が割り当てられます。
各CVPは、カスタムの軌道計画手法を使用して、速度を優先してルートを最適化しながら、中断することなく目標位置に到達する方法を計算します。そのために、各CVPは、回転し、静止しているCVPから遠ざかるにつれて、移動するCVPの周囲のすべての衝突のない領域を事前計算します。
これらの衝突のない領域を事前に計算した後、CVPは最終目的地までの最短軌道を見つけますが、それによって静止ユニットに衝突することはありません。特に、最適化手法は、軌道計画プロセス全体を非常に効率的にするために使用され、安全なパスを見つけて改良するのに100ミリ秒以下の事前計算が必要です。 GPSとIMUからのデータを使用して、コーディネーターはその重心での姿勢と速度を推定し、各ユニットのすべてのプロペラをワイヤレスで制御し、目標位置に移動します。
彼らの実験では、研究者は、1つのコーディネーターと2人の作業員で構成される3ユニットのCVPを、いくつかの異なるシェイプシフトシナリオでテストしました。各シナリオには、1つのCVPが初期形状からラッチ解除され、2番目のCVPの周囲のターゲットスポットに移動および再ラッチングされます。
たとえば、3つのCVPは、接続された直線（側面で互いにラッチされている）から、前後に接続された直線と「L」に再配置されました。コンピューターシミュレーションでは、最大12隻のローボートユニットたとえば、長方形から正方形に、または中実の正方形からZのような形状に再配置されました。
スケールアップする
実験は、長さ約1メートル、幅0.5メートルの4分の1サイズのロボートユニットで行われました。しかし、研究者は、軌道計画アルゴリズムがフルサイズのユニットを制御するのにうまくスケールすると信じています。
約1年後に、研究者は、アムステルダムの中心部にあるNEMO科学博物館と開発中の地域との間の60メートルの運河を渡る動的な「橋」にローボートを使用することを計画しています。 RoundAroundと呼ばれるプロジェクトでは、運河を横断する連続した円を航行するためにローボートを採用し、ドックで乗客を拾い上げて降ろし、途中で何かを検出したら停止または再ルーティングします。現在、その水路を歩くのに約10分かかりますが、橋はその時間を約2分に短縮できます。
「これは、自律船の艦隊で構成される世界初の橋になります」とラッティは言います。 「通常の橋は、ボートが通過するため、非常に高価になります。そのため、開く橋または非常に高い橋が必要です。しかし、水に浮かぶ動的で応答性の高い建築物になる自律ボートを[使用して]運河の両側に接続することができます。」
その目標を達成するために、研究者たちは、人々を安全に保持できるように、さらに大雨などのあらゆる気象条件に強いロボートをさらに開発しています。彼らはまた、ロボートが運河の側面に効果的に接続できることを確認しています。これは構造とデザインが大きく異なる可能性があります。
