Coordinamento distribuito mediante auto-organizzazione

La robotica collettiva ? una disciplina in rapida espansione nel campo della robotica bio-ispirata (Bonabeau et al., 1999; Grabowski, 2003). Un tema di grande interesse della robotica collettiva ? il problema del coordinamento distribuito di robot che debbono realizzare compiti collettivi (Baldassarre et al., 2002; Ijspeert et al., 2001). Il coordinamento distribuito richiede che vari aspetti dell?azione di gruppo, come i ruoli dei singoli robot, la sincronizzazione delle singole attivit?, l?organizzazione spaziale, siano il risultato di un processo di auto-organizzazione piuttosto che il frutto delle decisioni centralizzate di pochi robot capi. In alcuni compiti, il coordinamento distribuito presenta notevoli vantaggi rispetto al coordinamento centralizzato, ad esempio: a) resistenza ai guasti dei singoli robot; b) ridotti bisogni di comunicazione; c) semplicit? dei singoli robot in termini di sensori, effettori, e capacit? computazionali. Il coordinamento distribuito ? centrale anche per lo studio di comportamenti di gruppo negli animali. Negli insetti sociali, ad esempio, delle semplici regole di azione seguite dai singoli animali pu? portare a comportamenti collettivi complessi come la formazione di strutture tridimensionali (Anderson et al., 2002), la costruzione collettiva di nidi (Camazine et al., 2001), il trasporto collettivo di cibo (Kube and Bonabeau, 1998). Questi comportamenti tendono a basarsi su meccanismi auto-organizzativi (Camazine et al., 2001) come feedback positivi (es.: ?fai ci? che fa la maggioranza?) o feedback negativi (es. ?non eseguire pi? un comportamento se un certo stimolo va sotto una certa soglia?). Questi meccanismi sono anche importanti per l?auto-organizzazione di gruppi di animali pi? complessi (ad esempio i babbuini usano dei ?grugniti di movimento? per coordinare la transizione del gruppo dal riposo al movimento, Seyfarth and Cheney, 2003) e, spesso inconsapevolmente, per l?uomo (si consideri il coordinamento distribuito degli agenti economici realizzato attraverso i mercati ed i prezzi, Von Hayek, 1945). Il lavoro presentato qui dovrebbe contribuire ad approfondire la conoscenza dei meccanismi auto-organizzativi generali che possono essere alla base di questi diversi comportamenti. Questo lavoro ? stato condotto nell?ambito del progetto Swarm-bots finanziato dalla Commissione Europea (finanziamento IST-2000-31010, v. anche Dorigo et al., in press). Il progetto ha come obiettivo la costruzione ed il controllo di robot in grado di agganciarsi fisicamente tra loro mediante una pinza in modo da formare gruppi in grado di fare cose che non possono essere fatte da singoli robot. La ricerca qui presentata si ? concentrata sul problema della navigazione collettiva in un?arena bidimensionale. In particolare, partendo da gruppi formati da quattro-dieci robot assemblati manualmente, l?obiettivo ? stato quello di produrre un sistema di controllo dei robot stessi che consentisse un movimento coerente e coordinato dell?intero gruppo. L?idea esplorata per raggiungere questo obiettivo ? stata quella di utilizzare il principio auto-organizzativo del feedback positivo mediante l?utilizzo di uno speciale sensore chiamato ?sensore di trazione?, di un sistema di controllo dei robot costituito da una semplice rete neurale a due strati, e di un processo evolutivo per la ricerca dei pesi della rete. Il feedback positivo ? un meccanismo di auto-organizzazione che consente ad un insieme di agenti di convergere su una stessa scelta tra diverse scelte possibili. Esso ? basato sul fatto che quando ogni agente tende ad imitare altri agenti del gruppo, o comportamenti medi di gruppo, il comportamento di tutti gli agenti si uniforma rapidamente