title: Βιομιμητική συμπεριφορά ρομποτικών διατάξεων: η περίπτωση του κυνηγετικού μοντέλου λύκου
title: Biomimetic behaviour in robotic structures: the case of hunting model of the wolf
Creators: name: Κονδυλακης Γεωργιος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2016

description: Η κυνηγετική δεινότητα των λύκων είναι αυτή που ευνόησε την επιβίωση τους και τους καθιέρωσε στις κορυφαίες θέσεις των θηρευτών στην πυραμίδα της τροφικής αλυσίδας. Η επιτυχία τους εν μέρει οφείλεται στην ικανότητα τους να καταναλώνουν διαφορετικά είδη θηραμάτων, αλλά και στην γενικευμένη συνεργατική συμπεριφορά που επιδεικνύουν κατά το κυνήγι. Η κυνηγετική συμπεριφορά των λύκων αποτέλεσε και αποτελεί πεδίο έμπνευσης για τον ραγδαίως αναπτυσσόμενο τομέα της ρομποτικής που, με τη βοήθεια της Βιολογίας, κατασκευάζει μοντέλα και αρχιτεκτονικές που μιμούνται τη συμπεριφορά και παρουσιάζουν εξαιρετικό ενδιαφέρον  από άποψη εφαρμογών στην καθημερινότητα.
Η παρούσα εργασία αφορά την  σχεδίαση και κατασκευή  δύο διαφορετικών μοντέλων/αρχιτεκτονικών πολύ-ρομποτικών συστημάτων  εμπνευσμένων από δύο διαφορετικές βιομιμητικές συνεργατικές συμπεριφορές που απαντώνται στη φύση και πιο συγκεκριμένα στο κυνήγι των γκρι λύκων. Τα μοντέλα αναπτύχθηκαν στο περιβάλλον προσομοίωσης  Webots, ενώ οι κυνηγετικές συμπεριφορές που μελετήθηκαν, στηρίζονται σε μεγάλο βαθμό στις εργασίες των Alfredo Weitzenfeld, Alberto Vallesa and Horacio Flores: " A Biologically-Inspired Wolf Pack Multiple Robot Hunting Model"  και John D. Madden, Ronald C. Arkin  and Daniel R. MacNulty:  "Multi-robot System Based on Model of Wolf Hunting Behavior to Emulate Wolf and Elk Interactions", οι οποίες στηρίζονται σε ηθολογικές μελέτες δεκαετιών γύρω από τη δομή, οργάνωση και ιεραρχία του κυνηγιού των γκρι λύκων. 
Το πρώτο μοντέλο που κατασκευάστηκε, υιοθετεί την έως πρότινος επικρατούσα αντίληψη για το πώς κυνηγάνε οι γκρι λύκοι, η οποία προβλέπει την ύπαρξη ιεραρχίας μεταξύ της αγέλης, την κατανομή εργασιών και την συντονισμένη προσπάθεια κατά το κυνήγι. Σε αυτήν την αρχιτεκτονική το πολύ-ρομποτικό σύστημα αποτελούνταν από ρομπότ που είχαν τον ρόλο που έχουν οι λύκοι στη φύση, δηλαδή κυνηγοί, και από ρομπότ που έχουν το ρόλο των θηραμάτων. Στα πρώτα διακρίναμε δύο διαφορετικούς ρόλους, όπως αναφέραμε και παραπάνω, τους alpha και τους beta. 
Το δεύτερο μοντέλο που κατασκευάστηκε υιοθετεί την πλέον επικρατούσα άποψη που ήρθε να διαψεύσει την έως τότε πιο διαδεδομένη από βιολογικής σκοπιάς, ότι οι λύκοι στη φύση δεν κυνηγάνε με κανενός είδους οργάνωση ή ιεραρχία. Αντιθέτως κυνηγούν προσπαθώντας τρόπον τινά να βελτιστοποιήσουν σε κάθε περίπτωση την πιθανότητα αιχμαλωσίας του θηράματος και να εξασφαλίσουν την τροφή τους. Είτε αυτό γίνεται κυνηγώντας κατά μόνας ,είτε συνεργαζόμενοι μεταξύ τους.  Η παραπάνω γνώση αξιοποιήθηκε στο δεύτερο μοντέλο που κατασκευάστηκε όπου στην προσομοίωση συμπεριελήφθησαν μόνο ρομπότ-"λύκοι" και "θηράματα".
Όλα τα ρομπότ και στα δύο μοντέλα/σενάρια έχουν προγραμματιστεί ώστε να δρουν σύμφωνα με τις πληροφορίες που έχουν λάβει από τα αισθητήρια όργανα που  υπάρχουν στα ρομπότ και κυρίως τις κάμερες χρωματικού μοντέλου τύπου RGB οι οποίες εντοπίζουν χρωματικούς στόχους στο περιβάλλον του ρομπότ. Χρησιμοποιούνται επίσης πομπό-δέκτης για να επιτυγχάνεται η επικοινωνία μεταξύ της αγέλης των ρομπότ ενώ αισθητήρες αφής αξιοποιούνται στην περίπτωση πρόσκρουσης των ρομπότ.
description: Hunting superiority of wolves is the reason of their wide spread in the natural environment and their dominance in the food chain. Hunting success has to do partly with their ability to consume a great range of preys but also with the cooperative behavior they demonstrate during hunting. Hunting behavior of wolves guides Robotics to build models and architectures, inspired by Biology, that emulate animal behavior and address them to deal with every-day problems. 
This thesis is about the design of two biomimetic multi-robot systems that emulate the hunting behavior of gray wolves. The models were designed with the aid of Webots robotic simulator, while the hunting behaviors are based partially in the papers  of Alfredo Weitzenfeld, Alberto Vallesa and Horacio Flores: " A Biologically-Inspired Wolf Pack Multiple Robot Hunting Model" and John D. Madden, Ronald C. Arkin  and Daniel R. MacNulty:  "Multi-robot System Based on Model of Wolf Hunting Behavior to Emulate Wolf and Elk Interactions". These papers demonstrate ethological studies of centuries on the structure, organization and hierarchy in the wolf pack.
The first model encapsulates the notion that was established until recently, that there is a hierarchy in the wolf pack, division of labor and distribution of roles. In this architecture the multi-robot system is comprised of robots that simulate the behavior of wolves in nature and of robots that simulate the preys. In this architecture we distinguish two different roles during hunting, alpha and betas.
The second model encapsulates the current notion of how grey wolves hunt, that wolves hunt without any hierarchy and coordination trying to maximize their own utility and the chance to captivate a prey. In this model we used robots that simulate independent wolves, and preys.
Every robot is programmed to act upon sensory information acquired mostly from the RGB color type camera. Emitter and receiver are also used to accomplish the communication between the members of the pack. Touch sensor is also to avoid collisions.