13. Взаимодействие нескольких роботов

Модуль: Коллективное поведение робототехнических систем

Тема урока: Взаимодействие нескольких роботов

Цель урока: Сформировать у учащихся представление о принципах взаимодействия в многоагентных робототехнических системах и методах координации действий между несколькими роботами для решения общих задач.

Планируемые результаты:

Предметные:

• Знать основные принципы организации многоагентных робототехнических систем
• Понимать методы координации действий между роботами
• Различать централизованные и децентрализованные системы управления
• Уметь проектировать простейшие сценарии взаимодействия роботов

Метапредметные:

• Регулятивные УУД: умение планировать совместную работу нескольких устройств, распределять задачи между системами
• Познавательные УУД: развитие системного мышления, понимание принципов коллективного взаимодействия
• Коммуникативные УУД: умение моделировать процессы коммуникации и обмена информацией между системами

Личностные:

• Формирование понимания значимости коллективного взаимодействия для решения сложных задач
• Развитие интереса к изучению сложных самоорганизующихся систем
• Воспитание культуры командной работы и распределения ответственности

Задачи урока:

1. Познакомить учащихся с принципами взаимодействия в многоагентных робототехнических системах
2. Рассмотреть различные модели коллективного поведения роботов
3. Изучить методы коммуникации и протоколы обмена информацией между роботами
4. Проанализировать примеры успешного применения групп роботов в различных областях
5. Разработать концептуальную модель взаимодействия нескольких роботов для решения общей задачи

Тип урока: Комбинированный (изучение нового материала + практическая работа)

Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение:

• Компьютерный класс с проектором и интерактивной доской
• Презентация по теме “Взаимодействие нескольких роботов”
• Видеоматериалы с примерами коллективного поведения роботов
• Робототехнические наборы для демонстрации простейших взаимодействий (при наличии)
• Раздаточные материалы с описанием протоколов взаимодействия
• Карточки с заданиями для разработки концептуальных моделей
• Программное обеспечение для создания схем и моделей (например, Lucidchart, Miro)

Образовательные технологии: Проблемное обучение, проектная деятельность, работа в малых группах, мозговой штурм, моделирование ситуаций

Межпредметные связи:

• Информатика: распределенные системы, протоколы взаимодействия, сетевые технологии, параллельные вычисления
• Социология: моделирование кооперативного поведения, распределение ролей, социальные взаимодействия, коллективное принятие решений
• Биология: роевое поведение, муравьиные алгоритмы, биологические модели коллективного поведения
• Математика: теория графов, оптимизация, распределение ресурсов

                   [Центральный контроллер]
                      /      |       \
                     /       |        \
                    /        |         \
              [Робот 1]   [Робот 2]   [Робот 3]

           [Робот 1] <---> [Робот 2] <---> [Робот 3]
                \                           /
                 \                         /
                  \                       /
                   \                     /
                    \                   /
                     [Робот 4] <---> [Робот 5]

                [Координатор]
                /      |     \
               /       |      \
        [Группа 1]  [Группа 2]  [Группа 3]
         /    \       /    \      /    \
     [Р1.1] [Р1.2] [Р2.1] [Р2.2] [Р3.1] [Р3.2]

Формат сообщения:
{
  "sender_id": "robot_1",
  "message_type": "status",
  "timestamp": 1649267531,
  "data": {
    "position": {"x": 12.5, "y": 8.3},
    "battery": 75,
    "status": "active",
    "current_task": "exploration"
  }
}

Запрос:
{
  "sender_id": "robot_2",
  "message_type": "help_request",
  "timestamp": 1649267842,
  "priority": "high",
  "data": {
    "position": {"x": 15.2, "y": 7.1},
    "task": "object_transport",
    "required_robots": 2,
    "duration_estimate": 300
  }
}

Ответ:
{
  "sender_id": "robot_3",
  "message_type": "help_response",
  "timestamp": 1649267845,
  "reference_request": "robot_2_1649267842",
  "data": {
    "response": "accept",
    "eta": 45,
    "current_position": {"x": 18.7, "y": 9.3}
  }
}

Содержание модели (0-5 баллов):

• Полнота описания состава группы роботов (0-1)
• Логичность схемы взаимодействия (0-1)
• Проработанность протоколов коммуникации (0-1)
• Обоснованность распределения ролей и задач (0-1)
• Детализация механизмов координации (0-1)

Практическая реализуемость (0-3 балла):

• Учет технических ограничений (0-1)
• Масштабируемость системы (0-1)
• Устойчивость к нештатным ситуациям (0-1)

Оригинальность и творческий подход (0-2 балла):

• Нестандартные решения (0-1)
• Использование междисциплинарных аналогий (0-1)

Качество презентации (0-2 балла):

• Понятность объяснения (0-1)
• Качество оформления модели (0-1)

Максимальный балл: 12 Шкала перевода в оценку:

• 11-12 баллов - “5”
• 9-10 баллов - “4”
• 7-8 баллов - “3”
• менее 7 баллов - “2”

План описания примера применения группы взаимодействующих роботов:

1. Название проекта/системы
2. Область применения
3. Состав группы роботов (количество, типы)
4. Задачи, решаемые системой
5. Модель взаимодействия роботов
6. Технологии коммуникации между роботами
7. Практические результаты использования
8. Перспективы развития данной системы

Фамилия, имя: _________________________

"+" (Плюс) - что понравилось, было полезным:
_________________________________________________
_________________________________________________

"–" (Минус) - что вызвало затруднения, показалось ненужным:
_________________________________________________
_________________________________________________

"И" (Интересно) - что заинтересовало, удивило, хотелось бы узнать больше:
_________________________________________________
_________________________________________________

Моя оценка своей работы на уроке (от 1 до 5): _______