Invloed van schaalvrije communicatie in een robotzwerm tijdens een aanval

Student:Arnout Vandersteen
Richting:Master of Science in de industriële wetenschappen: informatica
Abstract:Doorheen de jaren worden er steeds meer en meer robots ge¨ıntroduceerd in vele wetenschappelijke velden. Swarm robotics gebruikt robot zwermen als oplossing van vele problemen. Een belangrijk aspect van swarm robotics is de communicatie tussen de individuen van de zwerm. Deze communicatie verloopt via een netwerk, dit netwerk kan vele vormen aannemen. Er wordt veel onderzoek gedaan naar de efficientie van verschillende soorten netwerken. Een recente studie door David Mateo et al. bestudeert de invloed van het aantal buren op een robot zwerm onder aanval. Deze zwerm gebruikt onder andere een random regular network als communicatie netwerk (1). Deze paper gebruikt idealistische modellen en sterke veralgemeningen. Hierdoor zijn de resultaten van dat onderzoek niet makkelijk te vertalen naar real-life voorbeelden. Een andere tekortkoming van dat onderzoek is de gebruikte netwerken. Vele real-life netwerken komen hier niet mee overeen. Om deze redenen wordt een realistischere simulatie ontwikkelt. Deze simulatie zal een robot zwerm bevatten die flockt. De zwerm robots gedragen zich als real-life robots, met realistische limitaties (bv deze van bepaalde sensoren). Ook wordt een scale-free communicatie netwerk gebruikt, dit is een network dat veel frequenter voorkomt. ’Flocking’ is een specifieke collectieve beweging van een zwerm. Een collectieve beweging is het gevolg van een collectieve beslissing van de zwerm. Deze beslissing is het gevolg van specifieke gedragsregels. ’Flocking’ is het samenkomen van de hele zwerm, dit is een frequent fenomeen uit de natuur. Een voorbeeld hiervan kan men vinden bij vogels, reeds in 1952 werd dit al onderzocht. Het doel van deze thesis is het bekijken van de efficientie van een scale-free netwerk als communicatie netwerk bij een flockende robot zwerm onder aanval van een vijand. Om dit te bereiken wordt eerst een werkende simulatie van dit gedrag gecreeerd, waar de zwerm communiceert met een scale-free netwerk. De efficientie wordt berekend aan de hand van twee grote testen. Hierna worden deze testen opnieuw gedaan met een random network als communicatie netwerk. De gevonden resultaten worden ten slotte vergeleken.
Abstract (Eng):Recent research about the effect of correlations in swarms on collective response has shown that the amount of interacting neighbours greatly influences the performance of the collective response. We are particularly interested in scale-free networks. These networks are very common in real life. Scale-free networks have certain nodes that are heavily connected, they are called hubs. Hubs are expected to prove to be an advantage to the swarm in terms of communication efficiency. If the communication is indeed more efficient, the resulting flocking and predator avoidance behaviour could be faster as a result. In this thesis, a flocking robot swarm under attack of a predator is created. The efficiency of the collective response between two types of communication networks will be compared, that of a random communication network and a scale-free communication network. In particular, the communication speed which is defined as the time it takes for the swarm to reach a consensus about a predator attack, will be considered. Furthermore, the distribution of hubs and how these hubs influence the network will also be looked at. Lastly, both networks are compared on a flocking level. The flocking of the swarm will be defined by introducing a close-proximity threshold, when every neighbour is within this threshold, the individual is considered flocked.