חוקרים פיתחו אלגוריתמים שמבוססים על תורת המשחקים, אשר באמצעותם יכולות מערכות רובוטיות כגון רחפנים או מכוניות אוטונומיות לקבל החלטות בדרך מושכלת ולפעול ביעילות
כיצד אפשר לגרום לרובוטים – כגון מכוניות אוטונומיות – לקבל החלטות נכונות וכך למלא דרישות שונות, כמו מהירות, בטיחות, חיסכון בדלק, הפחתה בזיהום אוויר ועוד? כל החלטה היא משמעותית ובעלת משקל ונדרשת יכולת לאזן בין כולן ולשקלל את כלל המשמעויות וההשלכות.
פרופ’ גרא וייס וצוותו מהמחלקה למדעי המחשב ומהמחלקה להנדסת מכונות באוניברסיטת בן גוריון בנגב, ביקשו להחיל את אסטרטגיית “הפרד ומשול” על מערכות רובוטיות כדי שיוכלו לקבל החלטות באופן מושכל ולהתמודד ביעילות עם מגוון משימות. אסטרטגיה זו משמשת בתחומי הממשל והכלכלה לניהול מערכת בדרך של פיצול ליחידות; כל יחידה מקבלת כוח ושליטה יחסיים ו”דואגת” לאינטרסים שלה, מה שמביא באופן טבעי לחלוקת המטרות ולאיזונן. באסטרטגיות אחרות, החלטות מתקבלות באופן ריכוזי, אבל קשה ליישמן כאשר ההחלטות מרובות ומשתנות בשטח.
מחקרם של פרופ’ וייס וצוותו משלב מתמטיקה, הנדסה, מדעי המחשב, הנדסת תוכנה והנדסת מכונות. “מטרתנו לפצל את כוח ההחלטה של רובוטים בין יחידות (תת-מערכות) שכל אחת מהן אחראית על מטרה מסוימת. אף על פי שהתחרות הפנימית הזאת דורשת משאבים, היא מאפשרת לאזן בין מטרות מתחרות ולהגיע לביצועים רובוטיים טובים יותר מאלו שמתאפשרים באמצעות שקלול כל המטרות למטרה אחת. בדרך זו, רובוטים יכולים לשקלל נתונים רבים בזמן אמת, לפעול בהתאם לתנאים המשתנים בשטח ולהתמודד עם ריבוי מטרות ומשימות”, מסביר פרופ’ וייס.
בהתאם לכך, במחקרם האחרון, שזכה במענק מחקר מהקרן הלאומית למדע, פיתחו החוקרים אלגוריתמים שמבוססים על תורת המשחקים – ענף במתמטיקה שמנתח מצבי עימות או שיתוף פעולה בין מקבלי החלטות בעלי רצונות שונים. אלגוריתמים אלו מייצרים משחקים וירטואליים, מוטמעים במערכות רובוטיות ומייצגים את התחרות בין מטרותיהם. באמצעותם אפשר להגדיר מהן המטרות, לאזן ביניהן (מבלי להזדקק לקביעת ערכים מספריים ולשקלול שמבצעים מהנדסים), ולקבל פעולות אופטימליות. “המשחקים מאזנים בין המטרות השונות של הרובוט. כך למשל מכונית אוטונומית, שצריכה להיות גם בטיחותית, גם חסכונית בדלק וגם מהירה, יכולה להחליט מהי הפעולה החשובה ביותר באותו רגע – למשל לעקוף ולהגביר מהירות ובמקביל לבזבז דלק ולהסתכן או לעשות את ההפך? לכל החלטה יש משמעות והאלגוריתמים מסייעים לשקלל את מכלול הנתונים ולהחליט מהי הפעולה הנכונה ביותר לאותו הרגע מבין אוסף פעולות. מדובר באיזון דינמי ופשוט שיכול לסייע למהנדסי בקרה לבנות רובוטים שיבצעו מטלות בדרך טובה וחכמה יותר. בנוסף, האלגוריתמים הללו מפשטים את תהליך בניית הרובוט וחוסכים זמן וכסף”, מוסיף פרופ’ וייס.
בשלב זה הטמיעו החוקרים את האלגוריתמים ברחפנים והטיסו אותם במסדרון. לאחר מכן הטמיעו באותם רחפנים אלגוריתמים אחרים, שמשקללים את כל המטרות לכדי מטרה אחת, והטיסו גם אותם. כך יכלו להשוות בין שתי השיטות. המטרות היו לטוס מהר ובה בעת גם להימנע מלהיתקע בקירות ולשמור על גובה. נמצא כי כאשר הרחפנים פעלו בשיטה החדשה הם ביצעו משימות לפי עדיפויות שמשתנות בזמן אמת. כך למשל, כשהתקרבו לקיר – הנמיכו מהירות, וכשהתרחקו ממנו – הגבירו מהירות. לעומת זאת כאשר הרחפנים התבססו על השיטה הישנה הם פעלו אוטומטית, לפי שקלול מטרות מוגדר ולא גמיש. כך למשל מראש לא התקרבו לאזור הקיר, נזהרו יתר על המידה והפסידו מהירות.
לרחפנים בשיטה החדשה יש טוויסט. במקום לשקלל את כל המטרות לכדי מטרה אחת, הם משקללים מטרות באופן דינמי, לפי תנאי השטח המשתנים. כך, בכל פעם, מטרה אחרת מקבלת עדיפות.
“לרחפנים בשיטה החדשה יש טוויסט. במקום לשקלל את כל המטרות לכדי מטרה אחת, הם משקללים מטרות באופן דינמי, לפי תנאי השטח המשתנים. כך, בכל פעם, מטרה אחרת “זוכה” בעדיפות, והביצועים טובים ויעילים יותר. אפשר לומר שכך הרחבנו את ארגז הכלים של מהנדסי בקרה כדי שיוכלו לתכנן מערכות רובוטיות שיגדירו בנפרד כל מטרה ויתמודדו עם מגוון משימות מורכבות. המוצר המוגמר הוא חבילת תוכנה הנגישה כקוד פתוח לכל”, מסכם פרופ’ וייס.
