МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ НЕЧІТКОЇ КОМУНІКАЦІЇ В БАГАТОРОБОТНИХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВІ ПСЕВДОАНАЛОГОВИХ СИГНАЛІВ

Анотація

У статті представлено результати дослідження, присвяченого моделюванню комунікації у багатороботних системах з використанням нечітких (псевдоаналогових) сигналів. У сучасних умовах, коли групи автономних роботів функціонують у складних та динамічно змінюваних середовищах, надзвичайно актуальними є завдання забезпечення ефективного, стійкого та енергоощадного інформаційного обміну між роботами. Традиційні підходи до міжроботної комунікації – здебільшого дискретні – не дозволяють досягти високої адаптивності у шумних або обмежених за ресурсами середовищах. У відповідь на ці виклики автором запропоновано гібридну модель, яка імітує принципи комунікації, властиві біологічним системам, зокрема – варіабельність аналогових сигналів, що використовується у зграях тварин або колоніях комах. Розроблена математична модель базується на концепції нечіткої логіки, де кожен сигнал має три параметри – амплітуду, частоту та тривалість – інтерпретовані у лінгвістичних категоріях (високий / середній / низький, тривожний / командний тощо). Ступінь відповідності сигналу визначається функціями належності, що дозволяє кожному роботу формувати гнучку реакцію залежно від контексту. Проведено серію експерименту у симуляційному середовищі, у якому «Леви» переслідували «Антилоп», що мали можливість обмінюватись сигналами про небезпеку або нестачу енергії. Було змодельовано три типи середовищ – без перешкод (базова дискретна модель), з втратами сигналів та зі спотворенням сигналів при псевдоаналоговій передачі. Результати показали, що нечітка модель дозволяє досягти такого ж рівня виживання роботів, як і в умовах ідеальної передачі дискретних сигналів, але з енергоспоживанням, зниженим на 18 %. При цьому система виявилась стійкішою до втрат або спотворення сигналів. Застосування аналогоподібної комунікації з лінгвістичною інтерпретацією дозволяє уникати надмірної активації роботів, підвищуючи загальну ефективність групової поведінки. Запропонована модель може бути використана для побудови розподілених технічних систем у сферах пошуково-рятувальних операцій, розвідки, а також у сфері low-cost swarm robotics. Стаття робить внесок у розвиток гнучких комунікаційних протоколів для роїв роботів, здатних адаптуватись до змін середовища без централізованого управління.