Distributed algorithms for programmable matter : target shape description and self-assembly planning
Algorithmes distribués pour la matière programmable : description de la forme cible et planification de l'auto-assemblage
Résumé
Programmable matter can be seen as a huge modular robot in which each module can communicate to its connected neighbors and work all together to achieve a common goal, more likely changing the shape of the whole robot and adapting it with new functionalities.In order to achieve coordination between a group with many thousand robots, local rules and distributed algorithms would take advantage in this environment. In the same way, small modules means there is also small resources and algorithms should be designed to reflect these needs.This thesis provide algorithms and solutions to solve some parts of the self-reconfiguration problem with each module embedding the same algorithm and coordinating with the others by means of neighbor-to-neighbor communication. One of them is a study and proposal of a representation for the goal structure that reduces the footprint memory. Also, the self-assembly like self-reconfiguration is composed of two steps:(1) identifying the free positions that are available for docking and (2) moving and docking modules to these positions. In this thesis, distributed solutions for the first step are presented which can decide positions that can be filled and can create any 3D shape, including shapes with internal holes and concavities.
La matière programmable peut être vue comme un énorme robot modulaire dans lequel chaque module peut communiquer avec ses voisins connectés et travailler tous ensemble pour atteindre un objectif commun, modifiant la forme du robot et l'adaptant à nouvelles fonctionnalités.Afin de parvenir à une coordination entre un groupe de plusieurs milliers de robots, des règles locales et des algorithmes distribués profiteraient à ce type d'environnement. De la même manière, utiliser de petits modules signifient qu'il existe également des ressources restreintes et que les algorithmes doivent être conçus pour intégrer ces contraintes.Cette thèse fournit des algorithmes et des solutions pour résoudre certaines parties du problème d'auto-reconfiguration, chaque module intégrant le même algorithme et se coordonnant avec les autres au moyen d'une communication de voisin à voisin. L'une d'entre elles propose une représentation de la structure cible qui réduit la mémoire utilisée. De plus, l'auto-assemblage comme l'auto-reconfiguration se compose de deux étapes:(1) identifier les positions libres disponibles pour l'installation des modules et (2) déplacer et connecter les modules à ces positions. Dans cette thèse sont présentées des solutions distribuées pour la première étape qui peuvent décider des positions pouvant être remplies et peuvent créer n'importe quelle forme 3D, y compris des formes avec des trous internes et des concavités.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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