hálózatok: irányíthatóság,
hierarchia, adathalászat
sejtek, szövetek: mintázat,
szegregáció, perkoláció
madarak, emlősök:
...
http://www.wired.com/wiredscience/2013/03/powers-of-swarms/all/
Milyen a csoportos mozgás?
3
U
n
i
v
e
r
z
á
l
i
s
4
Önhajtott,
nem egyensúlyi
Hatékony, stabil
önszerveződő
5
Egyszerűen
modellezhető,
mégis bonyolult…
6
7
Vicsek-modell, 1995
• Állandó sebességű, önhajtott részecskék
• Sebesség irányát befolyásolja:
– Szomszédos részecskék seb...
Kontextustól függő hierarchiák
galambcsapatokban
Benj Petit1, Zsuzsa Ákos2, Máté Nagy12, Isabella
Roberts-Mariani1, Dániel...
Automata dominancia mérés
10
Navigációs kompetencia mérés
]3;3['
)'()'(
),(
ststtji
ij
tvtv
tCorr





)),(max()(*
tCorrt ijij  
Nagy, M., Á...
Stabil hierarchia 30 fős
galambcsapat csoportos
repülésében
12
Kontextusfüggő stabil hierarchiák
13
Csoportosan repülő robotok
Szörényi Tamás, Tarcai Norbert, Virágh Csaba,
Somorjai Gergő, Nepusz Tamás, Vásárhelyi
Gábor, V...
Építsünk drón csapatot, ami…
• autonóm (központi irányítás nélkül repül)
• meta egyedként irányítható, feladatokat
önszerv...
Központi irányítás + VICON
16
Vijay Kumar, University of Pennsylvania
http://www.youtube.com/watch?v=4ErEBkj_3PY
Előre definiált egyéni útvonalak
17
Ars Electronica Futurelab / Linz, Austria
http://youtu.be/ShGl5rQK3ew
MikroKopter L4-ME
http://mikrokopter.de/
• ~1000 €
• Nyílt forráskódú
szoftver /
hardver
• >20 min repülési
idő
• ~1 kg te...
Saját fejlesztésű pilóta egység
• GPS, gyorsulásmérő,
giroszkóp, mágneses
iránytű, légnyomás
mérő, hőmérő
• Vezetéknélküli...
GPS, Xbee (szem, fül+hang)
FlightCtrl
(agytörzs)
RC (kéz) 20
Flocking algoritmus alapok
21
Rövid hatótávú taszítás: ütközést el
kell kerülni, túl közel taszítják egymást
Nagy hatótávú...
Késleltetett infó terjedés
22
Lokális késleltetés = 13s / 16 egyed ≈ 0.8 sec/egyed!!!
source: http://www.youtube.com/watch...
Késleltetés + hajtás =
23
öngerjesztett rezgés
24
Késleltetés + hajtás =
öngerjesztett rezgés
Öngerjesztett kaotikus rezgések
(realisztikus szimulációs keretrendszer)
25Solution: velocity alignment is introduced as v...
Probléma #2: minden zajos
• GPS hiba: ~2-3 m pozíció, ~0.3 m/s sebesség
• Zajos érzékelők (magasság, gyorsulás,
szögsebess...
Az egyetlen egyenlet dia
𝑣 𝑖 𝑡 + ∆𝑡 = 𝑣 𝑖 𝑡 +
1
𝜏
𝑣 𝑡𝑟𝑎𝑐𝑘
𝑖
− 𝑣 𝑖 𝑡 ∆𝑡 + 𝑎 𝑝𝑜𝑡
𝑖
∆𝑡 + 𝑎 𝑑𝑎𝑚𝑝
𝑖
∆𝑡
𝑣 𝑡𝑟𝑎𝑐𝑘
𝑖
=
𝑣0
𝑣 𝐶𝑂𝑀
𝑖
+...
28
Videó dokumentáció: Lőrincz Mátyás
EU ERC COLLMOT
2-szintű hierarchia: célpont követés
(valós adatok vizualizációja)
Önhajtott önszerveződés
(valós adatok vizualizációja)
SPP modell, objektum elkerülés
(realisztikus szimulációs keretrendszer)
31
Néhány felhasználás
• Csoportos meg-
figyelés, keresés,
filmezés:
– Mezőgazdasági monitorozás
– Mentőakciók
– Állatvilág, ...
EU ERC COLLMOT (2009-2014)
http://hal.elte.hu/flocking
A kutatást részben támogatta: Magyary Zoltán Posztdoktori Ösztöndíj...
34
BpSM 2014.04. - Vásárhelyi Gábor: Drón vs. galamb - csoportos mozgás a köbön
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

BpSM 2014.04. - Vásárhelyi Gábor: Drón vs. galamb - csoportos mozgás a köbön

541 views

Published on

Drón vs. galamb - csoportos mozgás a köbön

Vásárhelyi Gábor - ELTE TTK Biológiai Fizika Tsz

Az ELTE Biológiai Fizika Tanszékén egy fél évtizede fut a csoportos mozgással foglalkozó ERC Advanced Pályázat (COLLMOT), melynek keretében állatok és robotok csoportos viselkedését vizsgáljuk a legmodernebb érzékelő technológiák, statisztikus fizika, szuper-számítógépek és etológusok segítségével. Előadásomban a csoportosan repülő drónjainkról és a hozzájuk vezető etológiai kutatásokról szeretnék beszélni. Szó lesz a csoportos mozgás minden olyan tulajdonságáról, melyet felhasználhatunk csapatban repülő robotok tervezéséhez, és szó lesz mindarról, amit az állatokról tanultunk a repülő robotok építése kapcsán.

Budapest Science Meetup, 2014.04.10.

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
541
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
157
Actions
Shares
0
Downloads
1
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

BpSM 2014.04. - Vásárhelyi Gábor: Drón vs. galamb - csoportos mozgás a köbön

  1. 1. hálózatok: irányíthatóság, hierarchia, adathalászat sejtek, szövetek: mintázat, szegregáció, perkoláció madarak, emlősök: szociális dinamika, vezetés robotok, drónok: vezéregyedek, autonómia szimulációk: csoportos döntés, optimális hierarchia hardver, szoftver: GPS, INS, videó 2
  2. 2. http://www.wired.com/wiredscience/2013/03/powers-of-swarms/all/ Milyen a csoportos mozgás? 3
  3. 3. U n i v e r z á l i s 4
  4. 4. Önhajtott, nem egyensúlyi Hatékony, stabil önszerveződő 5
  5. 5. Egyszerűen modellezhető, mégis bonyolult… 6
  6. 6. 7
  7. 7. Vicsek-modell, 1995 • Állandó sebességű, önhajtott részecskék • Sebesség irányát befolyásolja: – Szomszédos részecskék sebességének iránya – Zaj Vicsek, T.; Czirok, A.; Ben-Jacob, E.; Cohen, I.; Shochet, O. (1995). "Novel type of phase transition in a system of self-driven particles". Physical Review Letters 8
  8. 8. Kontextustól függő hierarchiák galambcsapatokban Benj Petit1, Zsuzsa Ákos2, Máté Nagy12, Isabella Roberts-Mariani1, Dániel Ábel2, Gábor Vásárhelyi2, Dóra Bíró1, Tamás Vicsek2 1Department of Zoology, University of Oxford 2Department of Biological Physics, ELTE 9 M. Nagy, G. Vásárhelyi, B. Pettit, I. Roberts-Mariani, T. Vicsek, D. Biro, “Context- dependent hierarchies in pigeons,” PNAS, 2013
  9. 9. Automata dominancia mérés 10
  10. 10. Navigációs kompetencia mérés ]3;3[' )'()'( ),( ststtji ij tvtv tCorr      )),(max()(* tCorrt ijij   Nagy, M., Ákos, Z., Biro, D., & Vicsek, T., „Hierarchical group dynamics in pigeon flocks,” 2010 Nature 11
  11. 11. Stabil hierarchia 30 fős galambcsapat csoportos repülésében 12
  12. 12. Kontextusfüggő stabil hierarchiák 13
  13. 13. Csoportosan repülő robotok Szörényi Tamás, Tarcai Norbert, Virágh Csaba, Somorjai Gergő, Nepusz Tamás, Vásárhelyi Gábor, Vicsek Tamás ELTE Biológiai Fizika Tanszék 14
  14. 14. Építsünk drón csapatot, ami… • autonóm (központi irányítás nélkül repül) • meta egyedként irányítható, feladatokat önszerveződően old meg • bio-inspirált: Mit vehetünk át az állatvilág csoportos mozgásából? • minket is inspirál: Mit tanítanak nekünk a drónok az állatok mozgásáról? 15
  15. 15. Központi irányítás + VICON 16 Vijay Kumar, University of Pennsylvania http://www.youtube.com/watch?v=4ErEBkj_3PY
  16. 16. Előre definiált egyéni útvonalak 17 Ars Electronica Futurelab / Linz, Austria http://youtu.be/ShGl5rQK3ew
  17. 17. MikroKopter L4-ME http://mikrokopter.de/ • ~1000 € • Nyílt forráskódú szoftver / hardver • >20 min repülési idő • ~1 kg terhelés • stabil lebegés/repülés • alkatrész beszerezhető (Németország) 18
  18. 18. Saját fejlesztésű pilóta egység • GPS, gyorsulásmérő, giroszkóp, mágneses iránytű, légnyomás mérő, hőmérő • Vezetéknélküli kommunikáció (XBee) • Onboard számítógép (GumStix), 600 MHz, 512MB, Linux, valós idejű vezérlés, 13g, 1W • Összesen: 6x6 cm, 100 g 19
  19. 19. GPS, Xbee (szem, fül+hang) FlightCtrl (agytörzs) RC (kéz) 20
  20. 20. Flocking algoritmus alapok 21 Rövid hatótávú taszítás: ütközést el kell kerülni, túl közel taszítják egymást Nagy hatótávú vonzás: aki messze van, a csapat felé megy Közepes hatótávú irányillesztés: egyensúlyi távolságban sebességeket össze kell hangolni De az élet nem ilyen egyszerű ám…
  21. 21. Késleltetett infó terjedés 22 Lokális késleltetés = 13s / 16 egyed ≈ 0.8 sec/egyed!!! source: http://www.youtube.com/watch?v=Cj_NeOtehqM half speed
  22. 22. Késleltetés + hajtás = 23 öngerjesztett rezgés
  23. 23. 24 Késleltetés + hajtás = öngerjesztett rezgés
  24. 24. Öngerjesztett kaotikus rezgések (realisztikus szimulációs keretrendszer) 25Solution: velocity alignment is introduced as viscous friction
  25. 25. Probléma #2: minden zajos • GPS hiba: ~2-3 m pozíció, ~0.3 m/s sebesség • Zajos érzékelők (magasság, gyorsulás, szögsebesség) • Irány/állásszög hiba (GPS + INS fúzióból) Belső zajok Külső zajok • Szél, termikek • Légnyomás, hőmérséklet • Napkitörések 26
  26. 26. Az egyetlen egyenlet dia 𝑣 𝑖 𝑡 + ∆𝑡 = 𝑣 𝑖 𝑡 + 1 𝜏 𝑣 𝑡𝑟𝑎𝑐𝑘 𝑖 − 𝑣 𝑖 𝑡 ∆𝑡 + 𝑎 𝑝𝑜𝑡 𝑖 ∆𝑡 + 𝑎 𝑑𝑎𝑚𝑝 𝑖 ∆𝑡 𝑣 𝑡𝑟𝑎𝑐𝑘 𝑖 = 𝑣0 𝑣 𝐶𝑂𝑀 𝑖 + 𝑣 𝑡𝑟𝑔 𝑖 𝑣 𝐶𝑂𝑀 𝑖 + 𝑣 𝑡𝑟𝑔 𝑖 𝑖𝑓 𝑣 𝐶𝑂𝑀 𝑖 + 𝑣 𝑡𝑟𝑔 𝑖 > 𝑣0 𝑣 𝐶𝑂𝑀 𝑖 + 𝑣 𝑡𝑟𝑔 𝑖 𝑜𝑡ℎ𝑒𝑟𝑤𝑖𝑠𝑒 𝑣 𝑡𝑟𝑔 𝑖 = 𝛼𝑣0 𝑓 𝑥 𝑡𝑟𝑔 − 𝑥 𝐶𝑂𝑀 𝑥 𝑡𝑟𝑔 − 𝑥 𝐶𝑂𝑀 𝑥 𝑡𝑟𝑔 − 𝑥 𝐶𝑂𝑀 𝑣 𝐶𝑂𝑀 𝑖 = 𝛽𝑣0 𝑓 𝑥 𝐶𝑂𝑀 − 𝑥 𝑖 𝑥 𝐶𝑂𝑀 − 𝑥 𝑖 𝑥 𝐶𝑂𝑀 − 𝑥 𝑖 𝑎 𝑑𝑎𝑚𝑝 𝑖 = 𝐶 𝑣 𝑗 − 𝑣 𝑖 𝑥 𝑗 − 𝑥 𝑖 2 𝑗≠𝑖 𝑎 𝑝𝑜𝑡 𝑖 = −𝐷 𝑥 𝑗 − 𝑥 𝑖 − 𝑟0 𝑗≠𝑖 𝑥 𝑗 − 𝑥 𝑖 𝑥 𝑗 − 𝑥 𝑖 , if 𝑥 𝑗 − 𝑥 𝑖 < 𝑟0 0 otherwise, 27 taszítás (gerjesztő) illeszkedés (csillapító) vonzás sima függvény ráhagyással formáció + célpont követés
  27. 27. 28 Videó dokumentáció: Lőrincz Mátyás EU ERC COLLMOT
  28. 28. 2-szintű hierarchia: célpont követés (valós adatok vizualizációja)
  29. 29. Önhajtott önszerveződés (valós adatok vizualizációja)
  30. 30. SPP modell, objektum elkerülés (realisztikus szimulációs keretrendszer) 31
  31. 31. Néhány felhasználás • Csoportos meg- figyelés, keresés, filmezés: – Mezőgazdasági monitorozás – Mentőakciók – Állatvilág, autópálya, Tour de France, Matrix 4, … • Csomag kézbesítés • Szunyogirtás 32 Katonai alkalmazások?
  32. 32. EU ERC COLLMOT (2009-2014) http://hal.elte.hu/flocking A kutatást részben támogatta: Magyary Zoltán Posztdoktori Ösztöndíj, TÁMOP 4.2.4.A/1-11-1-2012-0001 33
  33. 33. 34

×