Abstract
we developed a two-dimensional model to simulate the collective behavior of a miniature robot swarm. The model incorporates size, mass, and other experimental characteristics. It represents the robots as discrete bodies that interact through an effective potential as the interaction of sensors and emitters with a microcontroller. Each robot generates heat and moves along the gradient of the global temperature field, calculated using the 2D heat conduction equation. We present numerical simulations for interactions ranging from a few robots to swarms of up to 500 robots. The software simulates various self-organization and collective behavior mechanisms, including the self-assembly of robot swarms. To optimize runtime, we implemented the Nvidia CUDA parallel computing architecture. We used gnuplot for visualization of the results.
References
Хакен Г. Синергетика. Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. М.: Мир; 1985. 424 с. Режим доступа: https://spkurdyumov.ru/uploads/2018/07/sinergetika-ierarxii-neustoiychivostey.pdf.
Гершуни Г. 3., Жуховицкий Е. М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука; 1972. 392 с.
Жаботинский А. М. Периодический ход окисления малоновой кислоты в растворе (исследование кинетики реакции Белоусова). Биофизика. 1964;9(3):306–311.
Trenchard H. The Peloton Superorganism and Protocooperative Behavior. Applied Mathematics and Computation. 2015;270:179–192. Режим доступа: https://arxiv.org/pdf/1509.05965.
Гакашев А. И., Тарунин Е. Л. Интенсивность тепловой конвекции в ульях. Вычислительная механика сплошных сред. 2008;1(2):16–26. Режим доступа: https://journal.permsc.ru/index.php/ccm/article/download/CCMv1n2a2/345.
Брацун Д. А., Костарев К. В. Сплошносредная модель биоконвекции с центростремительной силой. Вестник Пермского университета. 2022;2:36–46. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/sploshnosrednaya-model-biokonvektsii-s-tsentrostremitelnoy-siloy.
Xie H., Sun M., Fan X., Lin Z., Chen W., Wang L., He Q. Reconfigurable Magnetic Microrobot Swarm: Multimode Transformation, Locomotion, and Manipulation. Science Robotics. 2019;4:28. Режим доступа: 10.1126/scirobotics.aav8006.
Rubenstein M., Ahler C., Hoff N., Cabrera A., Nagpal R. Kilobot: A Low Cost Robot with Scalable Operations Designed for Collective Behaviors. Robotics and Autonomous Systems. 2014;62(7):966–975. Режим доступа: 10.1016/j.robot.2013.08.006.