キロボット

キロボットは、ハーバード大学のラディカ・ナグパルとマイケル・ルーベンシュタインが開発した高さ3.3cmの低コストの群ロボット^[1]です。最大1000体のロボットがグループで行動し、個々のロボットでは実行できないユーザーがプログラムしたコマンドを実行します。ロボット集団の研究の問題点は、個々のユニットのコストが高いことです。キロボットの部品の総コストは15ドル未満です。低コストに加えて、集団輸送、人間と群の相互作用、形状の自己組み立てなどの用途があります。^[2]

2010 年 11 月、マイケル ルーベンシュタイン氏とラディカ ナグパル氏は、ヴィース生物学インスパイアード エンジニアリング研究所と国立科学財団の支援を受けて、Kilobot の開発を開始しました。Kilobot の設計における 2 つの主な目的は、コストを低く抑えながら、一連の共同タスクを実行するのに十分な機能を持たせることでした。開発者の目標の 1 つは、Kilobot で S-DASH プログラムを実行できるようにすることでした。

S-DASH（スケーラブル、分散型自己組織化および自己修復）は、集合形状を自己組織化し自己修復するために開発されたアルゴリズムです。^[3] S-DASHには次の機能が必要です。

• 前進
• 回転
• 近隣ユニットとの通信
• 近くのユニット間の距離を測定する
• S-DASHを実行するのに十分なメモリ

Kilobot の用途を拡大するために、次の追加コンポーネントが組み込まれました。

• 周囲の光のレベルを測定する機能
• スケーラブルな運用を可能にする

電源は充電式リチウムイオン電池で、ロボットの活動状況に応じて最大 3 ～ 12 時間ロボットに電力を供給できます。3 色 (赤、緑、青) のLEDが装備されており、ユーザーに情報を表示します。車輪は移動に効果的ですが、高価なため、各ユニットのコストが大幅に増加します。コストを下げる方法の 1 つは、移動に 2 つのバイブレーターを使用することです。どちらかが作動すると、Kilobot は 1 秒あたり約 45 度で回転します。両方が作動すると、ロボットは約 1 秒あたり約 1 cm で前進します。ロボットは 3 本の硬い脚で立っており、ロボットを表面から 2 cm 持ち上げます。個々のロボットには赤外線送信機と受信機が装備されており、互いに通信できます。ロボットの送信機は表面に向けて光を送信し、それが近くの別のロボットの受信機に反射し、プログラムに基づいてコマンドを実行します。これらの通信および移動方法の欠点としては、Kilobotが動作する領域が平らな面に限られていること、長距離または長時間にわたって正確に移動できないことなどが挙げられます。^[4]

理論上、Kilobot は昆虫の群れをシミュレートするものであり、各 Kilobot は全体で協力して、個々では実行できないタスクを実行します。Kilobot は集団輸送が可能で、これは大きな物体を共同で移動させることです。Kilobot の集団は S-DASH を使用してさまざまな形状を形成し、変形した場合に修復することもできます。形状によっては、スケールを変更することもできます。あるプログラムでは、昆虫をシミュレートし、特定の静止 Kilobot である「ホーム」位置から出発し、別の静止 Kilobot である「食べ物」を探してエリアに散らばりました。探索中の Kilobot が「食べ物」を見つけると、それを「ホーム」位置に戻って落としました。別のプログラムでは、ロボットのグループがリーダー ロボットを追いながら一列に移動するようになりました。ロボットは、後続のロボットが遅れないように、あまり先に進まないようにしました。センサーを使用することで、ライトを点滅させるなど、ロボットの動作を同期させることもできます。頭上の赤外線コントローラーと赤外線受信機を使用することで、ユーザーはスケーラブルな操作を行うことができます。つまり、充電、プログラミング、起動などの簡単な作業を行うために、個々のロボットのところに行く必要はありません。^[4]

Kilobot は、2012 年 African Robotics Network $10 Robot Design Challenge のローミング部門で 1 位を獲得しました。このコンテストは、エンジニアに開発途上国の子供たちを教育するための低コストのロボットの作成を求めていました。^[5] Kilobot は、安価な群集ロボットを一般の人々にとってより手頃な価格にすることを目的として作成されました。この考え方を継続するため、Kilobot の設計は非商用目的でオープンソース化されています。また、開発者はスイスの製造業者である K チームと協力し、教育目的や研究目的で一般に購入できるようにしました。