COMBO – Kombination von Planung, Selbst-Organisation und Rekonfiguration in einem Roboterensemble zur Ausführung von ScORe Missionen
Softwaretechnik und Programmiersprachen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In COMBO wurden ScORe-Missionen (Search, continuously Observe and React) untersucht, die mit rekonfigurierbaren, modularen, fliegenden Robotersystemen (Drohnen) durchgeführt werden können. Die Klasse der ScORe-Missionen umfasst etwa Anwendungen wie Such- und Rettungseinsätze, Umweltforschung, verteilte Überwachung kritischer Infrastrukturen oder die Bewältigung größerer Katastrophenereignisse. Unsere Zielsysteme waren in erster Linie Flugroboter, die teilweise mit mobilen Bodenfahrzeugen zusammenarbeiten. Eine typische ScORe-Mission, welche wir als durchgängiges Beispiel verwenden, ist die des automatisierten Umgangs mit Gasunfällen: Hier muss zunächst durch die Identifikation des Leitgases (d.h. des Gases mit dem höchsten Risikopotenzial) die spezifische Situation bestimmt werden (S). Nach der Identifizierung dieses Gases muss dessen Ausbreitung kontinuierlich beobachtet werden (cO), um Abschätzungen über seine Schädlichkeit zu ermöglichen. Danach muss ggf. eine geeignete Reaktion stattfinden (Re), z.B. die Evakuierung bedrohter Wohngebiete. Die Herausforderung bestand darin, Planungstechniken für die verschiedenen Missionsphasen mit naturinspirierten Algorithmen für deren Ausführung (z.B. durch Verwendung von Schwarmalgorithmen, marktbasierter Aufgabenplanung, Koalitionsbildung und selbstorganisierter physischer Rekonfiguration) zu kombinieren. Unser Projekt zielte u.a. darauf ab, eine Referenzsystemarchitektur für Roboterensembles in solchen ScORe-Missionen zu entwickeln. Des Weiteren sollten Selbstorganisations- und Optimierungsalgorithmen sowie eine Methodik zur Realisierung der Self-Awareness von Hardwarekomponenten entwickelt werden. All diese Ziele wurden durch unsere Arbeiten erreicht. Eine Projekt-Promotion wurde mit dem Bayerischen Kulturpreis 2022 (Kategorie Wissenschaft) ausgezeichnet. Die Arbeit wurde in 13 begutachteten Publikationen veröffentlicht. Der größte Teil der entwickelten Software ist als Open-Source-Projekt verfügbar. Aufgrund der Komplexität des Projekts wurden zahlreiche Demonstratoren erstellt, die verschiedene wissenschaftliche Fragen behandeln. Das Videomaterial zu einem dieser Demonstratoren (interactive swarm control) ist im institutseigenen YouTube-Kanal öffentlich zugänglich.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Facilitating Planning by Using Self-Organization. 2017 IEEE 2nd International Workshops on Foundations and Applications of Self* Systems (FAS*W), 371-374. IEEE.
Kosak, Oliver & Reif, Wolfgang
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Multipotent systems: a new paradigm for multi-robot applications. In Sven Tomforde and Bernhard Sick (Ed.). Organic Computing: Doctoral Dissertation Colloquium 2018. kassel university press, Kassel (Intelligent Embedded Systems ; 13), 125-142
Kosak, Oliver
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Multipotent Systems: Combining Planning, Self-Organization, and Reconfiguration in Modular Robot Ensembles. Sensors, 19(1), 17.
Kosak, Oliver; Wanninger, Constantin; Hoffmann, Alwin; Ponsar, Hella & Reif, Wolfgang
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Self-Organized Resource Allocation for Reconfigurable Robot Ensembles. 2018 IEEE 12th International Conference on Self-Adaptive and Self-Organizing Systems (SASO), 110-119. IEEE.
Hanke, Julian; Kosak, Oliver; Schiendorfer, Alexander & Reif, Wolfgang
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Synthesizing Capabilities for Collective Adaptive Systems from Self-descriptive Hardware Devices Bridging the Reality Gap. Lecture Notes in Computer Science, 94-108. Springer International Publishing.
Wanninger, Constantin; Eymüller, Christian; Hoffmann, Alwin; Kosak, Oliver & Reif, Wolfgang
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Ensemble Programming for Multipotent Systems. 2019 IEEE 4th International Workshops on Foundations and Applications of Self* Systems (FAS*W), 104–109.
Kosak, Oliver; Bohn, Felix; Keller, Felix; Ponsar, Hella & Reif, Wolfgang
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Maple-Swarm: Programming Collective Behavior for Ensembles by Extending HTN-Planning. Lecture Notes in Computer Science, 507-524. Springer International Publishing.
Kosak, Oliver; Huhn, Lukas; Bohn, Felix; Wanninger, Constantin; Hoffmann, Alwin & Reif, Wolfgang
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Modeling and Execution of Coordinated Missions in Reconfigurable Robot Ensembles. 2020 Fourth IEEE International Conference on Robotic Computing (IRC), 290-293. IEEE.
Schorner, Martin; Wanninger, Constantin; Hoffmann, Alwin; Kosak, Oliver; Ponsar, Hella & Reif, Wolfgang
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Modular Regression Verification for Reactive Systems. Lecture Notes in Computer Science, 25-43. Springer International Publishing.
Weigl, Alexander; Ulbrich, Mattias & Lentzsch, Daniel
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Architecture for Emergency Control of Autonomous UAV Ensembles. 2021 IEEE/ACM 3rd International Workshop on Robotics Software Engineering (RoSE), 41-46. IEEE.
Schorner, Martin; Wanninger, Constantin; Hoffmann, Alwin; Kosak, Oliver & Reif, Wolfgang
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Mission programming for flying ensembles: combining planning with self-organization. Opus Universität Augsburg
Kosak, Oliver
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Semantic Plug and Play: An Architecture Combining Linked Data and Reconfigurable Hardware. 2021 IEEE 15th International Conference on Semantic Computing (ICSC), 203-206. IEEE.
Wanninger, Constantin; Alfano, Luca; Schomer, Martin; Hoffmann, Alwin; Kosak, Oliver & Reif, Wolfgang
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GoLive A modular Mixed Reality Simulation for Semantic Plug and Play. 2023 23rd International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS), 1521-1525. IEEE.
Wanninger, Constantin; Badem, Thomas; Schörner, Martin; Eymueller, Christian; Poeppel, Alexander & Reif, Wolfgang
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Semantic Plug & Play - Selbstbeschreibende Hardware für modulare Robotersysteme. Opus Universität Augsburg
Wanninger, Constantin
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An Approach for Extended Swarm Formation Flight with Drones: Protease2.0. Lecture Notes in Computer Science, 263-280. Springer Nature Switzerland.
Kosak, Oliver; Kastenmüller, Philipp; Wanninger, Constantin & Reif, Wolfgang
