Comparación empírica de métodos de diseño de enjambres de robots: un estudio en simulación sobre enjambres que coordinan a otros enjambres.

Abstract

Esta tesis presenta una comparación empírica de métodos de diseño de comportamientos colectivos para enjambres de robots que deben coordinar a otros enjambres. En este estudio, los métodos de diseño producen software de control sin ser provistos con información explícita sobre el comportamiento de los enjambres que deben ser coordinados—esta información debe ser obtenida durante el proceso de diseño. Los métodos considerados en la comparación son Pistacchio, EvoCMY, C-Human, R-Walk. Pistacchio es un método automático modular, perteneciente a la familia de métodos AutoMoDe. EvoCMY es un método automático basado en neuroevolución. La eficiencia de los métodos automáticos fue comparada con C-Human, un método de diseño manual en donde un grupo de diseñadores producen el software de control para los robots. Pistacchio, EvoCMY y C-Human fueron comparados con R-Walk, una implementación de movimiento aleatorio que sirve como línea base. Pistacchio y EvoCMY se presentan por primera vez en esta tesis, y son una contribución de la investigación. Los experimentos llevados a cabo con Pistacchio y EvoCMY permitieron determinar que los métodos de diseño automático son efectivos en (i) la identificación de posibles formas de interacción entre el enjambre que coordina y el enjambre que es coordinado; y en (ii) el aprovechamiento de estas formas de interacción para ejecutar misiones en donde los dos enjambres operan de forma coordinada. La comparación de los métodos se llevó a cabo empleando ARGoS3, un simulador especializado en robótica de enjambres, y tomando como plataforma de referencia al robot e-puck. El diseño mediante métodos automáticos resultó significativamente más eficiente que el diseño manual en las misiones propuestas.

This thesis presents an empirical comparison of methods for the design of collective behaviors for a robot swarm that must coordinate a second robot swarm. In this study, the design methods produce control software without being provided with explicit information about the behavior of the swarm that must be coordinated—in all cases, this information must be obtained during the design process. The methods considered in the study are Pistacchio, EvoCMY, C-Human, R-Walk. Pistacchio is an automatic modular method that belongs to the family of methods AutoMoDe. EvoCMY is an automatic method based on neuro-evolution. The performance of the automatic methods was compared with the performance of C-Human, a manual design method in which a group of human designers produces the control software for the robots. Pistacchio, EvoCMY and C-Human were compared against R-Walk, an implementation of a random walk that serves as a baseline. Pistacchio and EvoCMY are presented for the first time in this thesis, and they are an original contribution. Experiments conducted with Pistacchio and EvoCMY showed that automatic design methods are effective in (i) identifying interaction dynamics between the swarm that coordinates and the swarm that is being coordinated; and in (ii) using these dynamics for addressing missions in which the two robot swarms must act in a coordinated manner. The design methods were compared in simulation, using the swarm-dedicated simulator ARGoS3 and a simulated model of the e-puck robot. The automatic design approach performed significantly better than the manual design in the proposed missions.