РФФИ 15-01-07900

Разработка и исследование моделей и методов непосредственной языковой коммуникации на основе семиотических моделей для реализации социального поведения в групповой робототехнике

Проект выполнен при поддержке РФФИ (проект № 15-01-07900)

Исполнители

Карпов Валерий Эдуардович, доцент, к.т.н., НИЦ “Курчатовский институт”
Павловский Владимир Евгеньевич, профессор, д.ф.-м.н., Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН
Кулинич Александр Алексеевич, к.т.н., Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Карпова Ирина Петровна, доцент, к.т.н., МИЭМ НИУ ВШЭ
Воробьев Виталий Владимирович, аспирант НИЦ “Курчатовский институт”
Овсянникова Елена Евгениевна, студентка МГТУ им. Баумана

Исследование посвящено вопросам языковой коммуникации в коллективах роботов для реализации моделей социального поведения. Основной задачей исследования является разработка знак-ориентированной архитектуры мобильных роботов, в которой механизмы восприятия символов и генерация фраз являются неотъемлемой частью системы управления. Кроме того, ставятся задачи определения структуры языка, условий возникновения и характеристик языкового общения в группах роботов, их связи с такими психическими аспектами индивидуальной организации роботов, как эмоции и темперамент.

Для апробации результатов исследований используется не только математическое и имитационное моделирование, но и проведение экспериментов с группой мобильных минироботов. Эксперименты посвящены решению комплекса задач из области социального поведения роботов, прежде всего – игровых коллективных задач с образованием коалиций, задач подражательного поведения, самоорганизации в гомогенных группах роботов, динамического планирования и распределения ролей в коллективе и проч. В основе механизмов реализации подобных моделей поведения лежит представление группы роботов, как множества семиотических, знаковых систем.

Результаты, полученные в 2016 году

Основными задачами этапа были создание системы планирования группового поведения роботов, программная реализация моделей и алгоритмов для задач организации коалиций в неантагонистических играх с распределением ролей, а также проведение экспериментов, оценка и интерпретация полученных результатов. В ходе исследования был разработан ряд моделей и методов, описывающих различные аспекты вопросов языковой коммуникации в группе роботов, основанной на семиотических моделях архитектур систем управления роботами. Особое внимание уделялось решению задачи распределения ролей и образованию коалиций, причем исследования велись по двум направлениям: разработке моделей и методов для групп агентов с BDI-архитектурой, а также для однородных групп реактивных агентов (роботов). Кроме того, были исследованы вопросы организации логического вывода в группах роботов, созданы некоторые модели, описывающие различные феномены социального поведения, в частности – подражательного. На реализацию механизма языкового общения большое влияние оказывает специфика коммуникационных каналов связи. В связи с этим были исследованы вопросы реализации псевдоаналоговой коммуникации в группе роботов. Помимо разработки моделей и методов языкового взаимодействия, были рассмотрены задачи организации специализированной системы имитационного моделирования, учитывающей специфику предметной области – большое количество агентов, наличие развитых средств взаимодействия и проч.

В итоге были получены следующие результаты:

Разработаны модели и методы локального взаимодействия в группе роботов на основе аналоговых сигналов, имитирующих акустический канал связи.
Создан программно-аппаратный комплекс, реализующий имитацию акустических сигналов. Основой имитатора являлась система инфракрасной связи, работающая на звуковых частотах передачи информации. Разработан алгоритм реализации коммуникации с использованием аналоговых сигналов на основе нечеткой логики.
Разработаны модели и алгоритмы решения задач распределения ролей и образования коалиций в группе роботов на основе локального языкового взаимодействия. Алгоритмы реализованы в виде программ имитационного моделирования.
Были предприняты попытки применения разработанных алгоритмов и моделей образования коалиций в группах роботов на примере игры в футбол. На рисунках представлены роботы серии YARP-2 и футбольный полигон с роботами YARP-1.


Роботы серии YARP-2	Роботы серии YARP-1 на футбольном поле

Создана модель подражательного поведения робота, основанная на наблюдении субъектом за поведением других членов группы. В основе модели – изменение поведенческой мотивации агента по результатам наблюдения.
Создан алгоритм системы логического вывода в логике высказываний для распределенного робототехнического комплекса и разработано соответствующее программное обеспечение.
Создан алгоритм планирования движения агента (робота) при решении задачи картографирования. В основе алгоритма лежит метод потенциальных полей. Алгоритм планирования был апробирован для решения задачи группового картографирования, выполненной в среде моделирования Gazebo, а также частично – на базе группы реальных роботов DrRobot. Локальная связь для роботов DrRobot эмулировалась программно. На рисунках представлены фрагмент модельного полигона и группировка мобильных минироботов.


Виртуальная модель полигона для задачи картографирования	Группировка мобильных минироботов

Создан прототип системы имитационного моделирования поведения и взаимодействия агентов (роботов). Особенностями прототипа являются ориентация на средства моделирования языкового взаимодействия агентов (роботов), а также прозрачность интерфейса с точки зрения управления реальными техническими объектами – роботами.

Эти результаты являются основой для решения задачи создания механизмов социального поведения групп агентов (роботов), в том числе – планирования поведения в неантагонистических средах.

Результаты, полученные в 2015 году

Создана архитектура знак-ориентированной системы управления роботом. Показано, что одним из условий, при которых возникает необходимость генерации сообщения, является эмоциональное состояние субъекта – робота.
Разработан механизм псевдо-аналоговой локальной коммуникации между роботами. Созданы соответствующие протоколы, проведены серии экспериментов на реальных технических объектах.
Создана модель коммуникаций агентов (роботов) на основе структуризации их среды функционирования в виде качественного концептуального каркаса. Определены возможность и необходимость коммуникации, согласования убеждений агентов, а также условия для совместной работы для достижения агентами их целей.
Была показана принципиальная возможность организации элементов логического вывода на множестве агентов с локальной организацией связей.

Результаты исследования могут быть использованы при реализации систем децентрализованного управления в групповой робототехнике.

Исполнители

Оглавление

Результаты, полученные в 2016 году

Результаты, полученные в 2015 году

Некоторые публикации