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研究紹介

自律分散ロボットの研究紹介です.


分散システム・分散アルゴリズム

分散システム・分散アルゴリズムの研究は, 近年非常に活発であり,理論から応用まで多くの研究がなされています. ここでは簡単な説明だけします.

右の図の様に,複数のコンピュータがそれぞれ計算して, ときには,メッセージを送受信しながら 全体としてある目的を達成するようなシステムが, 分散システムの一例です.

例えば,「この中からリーダーを1台決める」や 「すべてのコンピュータが持つ”変数A”に同じ値を代入する」 などの問題を考えます.

この様な問題を解く場合,システム全体の状況を把握した 第三者ならば簡単に問題を解くことができると思います. しかし,各コンピュータにとっては,自分の 周りのコンピュータから送られるメッセージによって システムの様子を判断しなければなりません.

つまり,各コンピュータは

  1. 周りからのメッセージを受けとる
  2. 自分の内部状態を変化させる(変数を変化させる)
  3. 周りにメッセージを送る
という動作を繰返して, 最終的に「この中からリーダーを1台決める」や 「すべてのコンピュータが持つ”変数A”に同じ値を代入する」 などの問題を解くことになります.

このような問題を分散問題といい,このような問題の解き方(アルゴリズム)を 分散アルゴリズムといいます.


もっと詳しく知りたい方は,以下のキーワードで検索してみてください.

自律分散ロボットとは

自律分散ロボットとは, 簡単に言うと分散システムのロボット版です. 複数のロボットがそれぞれ計算して,全体で ある目的を達成するシステムです.

それぞれのロボットは自分自身で考えて行動する自律ロボットを想定しています. そうすることで,人が管理しにくい場所(海底,宇宙,原子炉)でもロボット群が協力し合って 問題を解決するような分散アルゴリズムを考えることができます.

このロボット群は,分散システムと同じ特徴を持っています.

スケーラビリティ
全体の状況を把握してから動作するのではなく,周りの状況から次の動作を決定するので, ロボットの数が多い場合でも,ロボット自身の負荷はそれほど変化しません.
故障耐性
ロボットが1台故障しても,故障したロボットを取り除くだけで, またロボット群は動作を再開することができる.

ロボット群の理論的モデル

どんなロボットを考えているかを説明します. 簡単に言うと,動く点です. (漫画や映画に登場するような人型ロボットなどではありません)

そして,かなり能力の低いロボットを考えています.
たとえば,非同期で動作する・他のロボットとコミュニケーションできない, などです. なぜなら,能力を低くすることで,ロボットを現実に作った場合でも, 開発費用や構成部品が少なくて済むので,コストを抑えることが可能になります. また,適用できるロボットが増えるので, 研究成果は幅広いロボットで利用できると言えます.

ロボットモデルについてもっと知りたい場合はこちらを御覧下さい.


ロボットに対する問題(仕事)

ロボットに対する問題をいくつか紹介します. 問題とはロボットにさせたい仕事のことです.

■一点集合問題■

任意の位置にあるロボットが一点に集合する問題.

■形状形成問題■

任意の位置にあるロボットが与えられた形状を形成する問題.

主な研究 - 問題を解くアルゴリズム

上で紹介したような問題を解く (例: ロボットを集合させる)ためには, どんなアルゴリズムをロボットに与えればよいのかを研究しています. ただし, 考えているロボットは能力が低いので,解くことが難しい問題もあります. そんな場合には,どんな能力(例:すべてのロボットが方位磁針を持つ) を与えれば,問題を解くことができるのかを研究しています.
(プログラムがあります ので,こちらも見て下さい.)

人間なら簡単にできてしまうので, 一点集合問題や形状形成問題を解くことはすごく簡単に思えるかも知れませんが, 想定しているロボットの能力は低いので, 人間での場合のようにすぐに解けるとは限りません. たとえば,人間の場合でも,複数人で全く会話をしないで, 形状をつくることは難しいと思いませんか?


E: robotphaserelcomnitechacjp