...чтобы потом обучать урбанистических роботов.
Цифровой двойник плотных скоплений хаотически движущихся объектов разрабатывают для задач навигации роботов студенты НИТУ «МИСиС», ИТМО и МФТИ. Он будет представлять собой веб-сервис с применением графовых нейронных сетей и позволит изучать физику толпы, законы роевого поведения у животных и принципы движения «активной материи». Эти данные активно требуются для обучения роботов-курьеров, беспилотников и других автономных устройств, работающих в условиях многолюдных пространств. Первые результаты опубликованы в журнале Journal of Physics: Conference Series.
Если при движении в потоке людей в метро мы начинаем фокусировать взгляд на ком-то из встречных, мы обязательно остановимся среди толпы и с кем-то столкнемся. Когда мы расслабленно, «интуитивно» идем сквозь толпу, то безошибочно выбираем нужную траекторию и лавируем в потоке, никого не задевая. И это умеет почти каждый человек. Так происходит потому, что мозг работает, как сложная нейросеть. Незаметно для сознания он использует накопленные за годы интуитивные знания, быстро просчитывает меняющиеся условия и выбирает оптимальный путь.
![Вадим_Порватов (НИТУ "МИСиС") объясняет механику движения роботов Вадим_Порватов (НИТУ "МИСиС") объясняет механику движения роботов](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/790/7b9/907/7907b99075e89b3773fa1624eadf1e22.png)
![Вадим Порватов и Георгий Гриценко обсуждают теоретическую модель Вадим Порватов и Георгий Гриценко обсуждают теоретическую модель](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/5e7/e37/2bc/5e7e372bc1ccc52eaf843b26e240fe3b.png)
Современным инженерам нужно понять, как именно работает эта нейросеть, чтобы перенять ее принципы и интегрировать их в цифровую среду. Задача навигации роботов в плотных скоплениях (людей, машин, других роботов и т.д.) с каждым годом становится всё актуальнее. При этом, для успешного управления устройствами необходимо отслеживание и экстраполяция траектории каждого отдельного агента в таких скоплениях, что само по себе является сложной задачей.
Подобные системы можно эффективно описывать статистически как «активную материю», в которой каждая частичка сама закачивает энергию в систему, и успешно моделировать такую материю с помощью ансамблей хаотически движущихся роботов -- например, имитировать поведение стаи птиц или косяка рыб. Для этого нужно создать симуляцию активной материи, т. е. сгенерировать роевое поведение.
![Алина Розенблит (ИТМО) изготавливает роботов Алина Розенблит (ИТМО) изготавливает роботов](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/d1e/f8d/a4e/d1ef8da4e2cbccb8b44964125a9bc299.png)
Для реализации подобных систем роевой робототехники многочисленным лабораториям по всему миру необходимы большие «скопища» движущихся по простым законам роботов - как платформы для экспериментальной симуляции физики толпы. Однако проведение подобных экспериментов требует значительных ресурсов, и доступно не всем научным группам.
«Реализация подобной экспериментальной платформы требует компетенции в схемотехнике, а для создания достаточного количества структурно однородных роботов необходимы значительные финансовые затраты. В качестве альтернативы мы предлагаем создание цифрового двойника экспериментальной установки, позволяющего как исключить затраты на её физическую реализацию, так и ускорить и автоматизировать процесс постановки экспериментов. Возможность эффективного построения подобного программного обеспечения подтверждается недавними применениями графовых нейронных сетей в схожих задачах, включая симуляции гидродинамики», - рассказал лидер студенческого научного коллектива, выпускник кафедры «Инженерная кибернетика» НИТУ «МИСиС» Вадим Порватов.
![Тестирование системы роботов Тестирование системы роботов](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/71b/c2d/671/71bc2d671b5c76e198b2a4c00229b4c0.jpg)
![Кластер роботов из экспериментальной системы Кластер роботов из экспериментальной системы](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/af2/059/4ef/af20594efa591131e5571c7203c14092.jpg)
По словам разработчиков, в качестве источника данных для нейросетевого алгоритма используется собранная командой проекта экспериментальная установка, состоящая из 100 движущихся роботов. Движение системы записывается с помощью видеокамеры. В качестве основного инструмента отслеживания индивидуальных траекторий будут применены алгоритмы, предоставляемые библиотекой OpenCV. Информация о конфигурации установки вместе с полученными в результате движения роботов траекториями будут использованы для обучения графовой нейронной сети.
![Система созданных роботов в движении. Цветом обозначены кластеры Система созданных роботов в движении. Цветом обозначены кластеры](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/fde/8b9/016/fde8b90162b6d3de30705bfa9c4def1e.png)
«Разработанная нейронная сеть позволит научным группам существенно упростить процесс изучения физических процессов в плотных скопления хаотически движущихся частиц, и может поставляться как продукт. Извлечение всех координат и скоростей роботов позволит получить исчерпывающее описание процессов, происходящих в системе, в том числе, информацию о фазовых переходах и кластеризации роботов», - пояснил соавтор исследования, аспирант Физического факультета ИТМО Никита Олехно.
![Никита Олехно проводит измерения с роботами Никита Олехно проводит измерения с роботами](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/528/da8/3ec/528da83ec9cd467f7f9d6e55f985f534.jpg)
Использование цифрового двойника позволит проводить отраслевые исследования, связанные с навигацией в хаотических окружениях. К примеру, виртуальные симуляции уже применяются компанией NVidia для отработки алгоритмов навигации беспилотных автомобилей. Результаты проекта могут быть использованы для обучения алгоритмов управления наземными дронами, перемещающимися в плотных людских потоках. Подобные симуляции могут быть особенно полезны для тестирования роботов-курьеров.
“На данный момент собрана довольно сложная экспериментальная установка, которую мы и будем дальше использовать для создания цифрового двойника”, - говорят авторы.
![Процесс 3d печати роботов Процесс 3d печати роботов](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/64a/bab/90a/64abab90afc1797bc427d6e4b043aa8c.png)
livsius
Пафосный новояз: "Цифровой двойник экспериментальной установки".
Можно было ужать всю статью до одного предложения на нормальном языке:
"Денег на эксперименты с реальным железом нет, поэтому решили обойтись моделированием."
Ну и по количеству воды и формату место этой статье в какой-нибудь комсомолке.
Eighonet
Насколько железо реально судите сами - экспериментальная установка представлена на фотографиях, а все расходы на её использование пока что сводились к оплате электричества.
livsius
Если перевести это на нормальный язык - это означает именно то, что я писал выше.