“Pitfalls” of Bio-Inspired Models on the Example of ant Trails

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Работа посвящена применению моделирования социального поведения в групповой робототехнике и вопросам оказания воздействия на среду группой автономных роботов путем создания и использования дорожной инфраструктуры. Модельным объектом выступают муравьиные дороги, рассматриваются основные аспекты поведения муравьев разных видов в процессе коллективной фуражировки (добычи пищи). Выявляются действия, которые в совокупности приводит к появлению того, что наблюдатель воспринимает как муравьиную дорогу. Описывается модель поведения агента при обустройстве маршрута, приводятся результаты имитационного моделирования для решения задачи фуражировки с учетом расчистки маршрута, согласующиеся с теоретической моделью. Результаты моделирования подтверждают предположение о том, что обустройство маршрута может быть выполнено индивидуальными усилиями агентов (роботов) и без необходимости организации совместных действий.

参考

  1. Sahoo S.K., Choudhury B.B. A Review of Methodologies for Path Planning and Optimization of Mobile Robots // J. Proc. Manag. Techn. 2023. V. 11. No. 1–2. P. 34–52.
  2. Abaspur Kazerouni I., Fitzgerald L., Dooly G., Toal D. A survey of state-of-the-art on visual SLAM // Expert Syst. Appl. 2022. V. 205. No. 2. P. 117734.
  3. Карпов В.Э., Карпова И.П., Кулинич А.А. Социальные сообщества роботов. М.: УРСС. 2019.
  4. Карпов В.Э. Социальные сообщества роботов: от реактивных к когнитивным агентам // Мягкие измерения и вычисления. 2019. Вып. 2. № 15. С. 61–78.
  5. Дьюсбери Д. Поведение животных: Сравнительные аспекты / Пер. с англ. М.: Мир, 1981.
  6. Dorigo M., Maniezzo V., Colorni A. Ant System: Optimization by a Colony of Cooperating Agents // IEEE Trans. Syst. Man. Cybern. Part B. 1996. V. 26. No. 1. P. 29–41. https://doi.org/10.1109/3477.484436
  7. Mirjalili S., Mirjalili S.M., Lewis A. Grey Wolf Optimizer // Adv. Eng. Softw. 2014. V. 69. P. 46–61. https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2013.12.007
  8. Arora S., Singh S. Butterfly optimization algorithm: a novel approach for global optimization // Soft Comput. 2019. V. 23. No. 3. P. 715–734. https://doi.org/10.1007/s00500-018-3102-4
  9. Toaza B., Eszterg´ar-Kiss D. A review of metaheuristic algorithms for solving TSPbased scheduling optimization problems [Formula presented] // Appl. Soft Comput., 2023. V. 148. No. 11. P. 110908. https://doi.org/10.1016/j.asoc.2023.11090
  10. Imai K., Okuyama A. Research on a Multi-agent System That Mimics Ant Foraging Behavior // Lecture Notes in Networks and Systems. Proc. Eighth International Congress on Information and Communication Technology ICICT 2023, London, 2024. V. 696. P. 193–203. https://doi.org/10.1007/978-981-99-3236-8_15
  11. Zhang N., Yong E.H. Dynamics, statistics, and task allocation of foraging ants // Phys. Rev. E. Nov. 2023. V. 108. No. 5. P. 054306. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.108.054306
  12. De Nicola R., Di Stefano L., Inverso O., Valiani S. Intuitive Modelling and Formal Analysis of Collective Behaviour in Foraging Ants// Proc. 21st International Conference Computational Methods in Systems Biology (CMSB 2023). P. 44–61.
  13. Lorenz K. On Aggression. London: Routledge, 2002.
  14. Кудрявцева Н.Н., Маркель А.Л., Орлов Ю.Л. Агрессивное поведение: генетикофизиологические механизмы // Вавилов. журн. генетики и селекции. 2014. Вып. 18. № 4/3. С. 1133–1155.
  15. Nordell S.E., Valone T.J. Habitat Selection, Territoriality, and Aggression / Animal Behaviour, Chapter 11, Oxford University Press. 2023.
  16. Карпова И.П., Карпов В.Э. Агрессия в мире аниматов, или О некоторых механизмах управления агрессивным поведением в групповой робототехнике // Управление большими системами. 2018. Вып. 76. С. 173–218. https://doi.org/10.25728/ubs.2018.76.6
  17. Цетлин М.Л. Исследования по теории автоматов и моделированию биологических систем. М.: Наука, 1969.
  18. Карпов В.Э. Модели социального поведения в групповой робототехнике // Управление большими системами. 2016. Вып. 59. С. 165–232.
  19. Захаров А.А. Дороги муравьев (вопросы терминологии) // «Муравьи и защита леса»: Материалы VI Всесоюзного мирмекологического симпозиума. Тарту. 1979. С. 152–155.
  20. Новгородова Т.А. Использование углубленных в почву дорог муравьями группы Formica rufa (Hymenoptera, Formicidae) // Евроазиат. энтомолог. журн. 2011. Вып. 10. № 3. С. 401–405.
  21. Захаров А.А. Муравей. Семья. Колония. М.: Фитон XXI, 2018.
  22. Осипов Г.С., Панов А.И., Чудова Н.В., Кузнецова Ю.М. Знаковая картина мира субъекта поведения. М.: Физматлит, 2018.
  23. Bochynek T., Burd M., Kleineidam C., Meyer B. Infrastructure construction without information exchange: the trail clearing mechanism in Atta leafcutter ants // Proc. R. Soc. B Biol. Sci. Jan. 2019. V. 286. No. 1895. https://doi.org/10.1098/rspb.2018.2539
  24. Bouchebti S., Travaglini R.V., Forti L.C., Fourcassi´e V. Dynamics of physical trail construction and of trail usage in the leaf-cutting ant Atta laevigata // Ethol. Ecol. Evol. 2019. V. 31. No. 2. P. 105–120. https://doi.org/10.1080/03949370.2018.1503197
  25. Rockwood L.L., Hubbell S.P. Host-plant selection, diet diversity, and optimal foraging in a tropical leafcutting ant // Oecologia. 1987. V. 74. P. 55–61.
  26. Howard J.J. Costs of trail construction and maintenance in the leaf-cutting ant Atta columbica // Behav. Ecol. Sociobiol. 2001. V. 49. No. 5. P. 348–356. https://doi.org/10.1007/s002650000314
  27. Viles H.A., Goudie A.S., Goudie A.M. Ants as geomorphological agents: A global assessment // Earth-Science Rev. Feb. 2021. V. 213. P. 103469. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103469
  28. Wehner R., Hoinville T., Cruse H. On the ‘cognitive map debate’ in insect navigation // Stud. Hist. Philos. Sci. 2023. V. 102. No. 8. P. 87–89. https://doi.org/10.1016/j.shpsa.2023.08.004
  29. Dall’Osto D., Fischer T., Milford M. Fast and Robust Bio-inspired Teach and Repeat Navigation // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). 2021. P. 500–507. https://doi.org/10.1109/IROS51168.2021.9636334
  30. Dupeyroux J., Viollet S., Serres J.R. An ant-inspired celestial compass applied to autonomous outdoor robot navigation // Rob. Auton. Syst. 2019. V. 117. P. 40–56. https://doi.org/10.1016/j.robot.2019.04.007
  31. Длусский Г.М. Поведенческие механизмы регуляции фуражировки у муравьев // «Муравьи и защита леса»: Мат. VI Всесоюзного мирмекологического симпозиума. Тарту. 1979. С. 147–151.
  32. Alma A.M., Farji-Brener A.G., Elizalde L. When and how obstacle size and the number of foragers affect clearing a foraging trail in leaf-cutting ants // Insectes Soc. 2019. V. 66. No. 2. P. 305–316. https://doi.org/10.1007/s00040-018-00680-x
  33. Карпов В.Э., Ровбо М.А., Овсянникова Е.Е. Система моделирования поведения групп робототехнических агентов с элементами социальной организации Кворум // Программные продукты и системы. 2018. Вып. 31. № 3. С. 581–590. https://doi.org/10.15827/0236-235X.123.581-590
  34. Malyshev A., Burgov E. Revisiting Parameters of Bioinspired Behavior Models in Group Foraging Modeling // SPIIRAS Proc. Feb. 2020. V. 19. No. 1. P. 79–103. https://doi.org/10.15622/sp.2020.19.1.3
  35. Карпова И.П. Организация маршрута анимата на основе визуальных ориентиров и распознавания сцен // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Вып. 22. № 10. С. 537–546. https://doi.org/10.17587/mau.22.537-546
  36. Карпова И.П. Об одном биоинспирированном подходе к ориентации роботов, или настоящий «муравьиный» алгоритм // Управление большими системами. 2022. Вып. 96. С. 69–117. https://doi.org/10.25728/ubs.2022.96.5

版权所有 © The Russian Academy of Sciences, 2024

##common.cookie##