[논문 리뷰] Roborobo! a Fast Robot Simulator for Swarm and Collective Robotics

Nicolas Bredèche, Jean-Marc Montanier외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 04. 10.

Modular Robots and Swarm Intelligence참고 문헌 12인용 수 4

한 줄 요약

Roborobo!은 경량이며 C++ 기반의 다중 플랫폼 로봇 시뮬레이터로, SDL 그래픽 라이브러리를 활용해 효율적인 2D 렲영을 제공하며 스웜 및 집단 로봇공학을 위한 빠르고 대규모 시뮬레이션을 설계하였다. 표준 하드웨어에서 최대 6,000台의 로봇을 실시간으로 시뮬레이션할 수 있으며, 진화 로봇공학, 몸에 스며든 적응, 온라인 진화를 지원한다.

ABSTRACT

Roborobo! is a multi-platform, highly portable, robot simulator for large-scale collective robotics experiments. Roborobo! is coded in C++, and follows the KISS guideline ("Keep it simple"). Therefore, its external dependency is solely limited to the widely available SDL library for fast 2D Graphics. Roborobo! is based on a Khepera/ePuck model. It is targeted for fast single and multi-robots simulation, and has already been used in more than a dozen published research mainly concerned with evolutionary swarm robotics, including environment-driven self-adaptation and distributed evolutionary optimization, as well as online onboard embodied evolution and embodied morphogenesis.

연구 동기 및 목표

• 대규모 집단 로봇공학 실험에 특화된 빠르고 이식 가능하며 경량의 시뮬레이터를 제공하는 것.
• 수백에서 수천 대의 로봇을 2D 환경에서 실시간으로 시뮬레이션하여 광범위한 실험적 검증을 가능하게 하는 것.
• 특히 신체에 스며든 진화와 환경 기반 적응을 포함한 진화 로봇공학 분야의 연구를 촉진하는 것.
• 단순한 종속성 스택(단지 SDL)을 제공하여 랩톱, 라즈베리 파이, 클러스터 등 다양한 플랫폼에 쉽게 배포할 수 있도록 하는 것.
• 느린 실감 나는 시뮬레이터와 빠른 추상화된 에이전트 기반 도구 사이의 격차를 메우기 위해 의사-현실적인 로봇 모델과 높은 성능을 결합하는 것.

제안 방법

• 빠른 2D 그래픽을 위해 SDL 라이브러리를 사용한 C++ 기반의 구현으로 다중 플랫폼 호환성을 확보하는 것.
• 현실적인 센서 및 액추에이터 행동을 위한 기준으로 Khepera/ePuck 로봇 모델을 채택하는 것.
• 복잡성과 외부 종속성을 최소화하기 위해 KISS 원칙(간단하게 유지하라)을 기반으로 설계하는 것.
• 단일 및 다중 로봇 시뮬레이션을 지원하며 성능을 확장 가능하게 하여 4GB 랩톱에서 최대 6,000대의 로봇을 달성하는 것.
• 진화 알고리즘과 적응 행동을 로봇 에이전트 내부에 직접 통합할 수 있는 모듈식 아키텍처를 사용하는 것.
• 대규모 분산 실험을 위해 고성능 컴퓨팅 클러스터인 Grid’5000에 배포하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 경량 시뮬레이터가 현실적인 로봇 행동을 유지하면서도 대규모 로봇 집단의 고성능 시뮬레이션을 달성할 수 있는가?
• RQ2 최소한의 종속성 스택을 가진 시뮬레이터가 온라인 및 신체에 스며든 진화를 포함한 복잡한 진화 로봇공학 실험을 얼마나 효과적으로 지원할 수 있는가?
• RQ3 간소화된 물리 및 센서 모델을 가진 2D 시뮬레이터가 스웜 로봇공학과 집단 적응 시스템 분야에서 의미 있는 결과를 도출하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ4 대규모 로봇공학 연구에서 Webots, Gazebo, 또는 NetLogo와 같은 기존 시뮬레이터와 비교해 Roborobo!의 성능 및 사용성은 어떠한가?
• RQ5 Roborobo!이 임베디드 시스템인 라즈베리 파이 및 고성능 클러스터를 포함한 다양한 플랫폼에 효과적으로 배포될 수 있는가?

주요 결과

• Roborobo!은 표준 4GB 랩톱에서 최대 6,000대의 로봇을 실시간으로 시뮬레이션하여 높은 확장성을 입증하였다.
• 환경 기반 적응 및 분산 최적화를 포함한 환경-기반 진화 스웜 로봇공학 연구를 위한 10여 개 이상의 논문에서 사용된 바 있다.
• 프랑스의 Grid’5000와 같은 대규모 클러스터에 배포되어 고성능 컴퓨팅 환경에서의 견고성과 이식 가능성을 확인하였다.
• UPMC, 브라운 대학교 암스테르담, NTNU 등 여러 기관에서 연구 및 교육 목적으로 활발히 사용되어 학술 분야에서의 넓은 수용을 보였다.
• 단지 SDL만을 종속성으로 가지는 최소한의 종속성 스택 덕분에 리눅스, 맥OS, 윈도우, 라즈베리 파이, OpenPandora 등 다양한 플랫폼에서 원활한 배포가 가능하다.
• 온라인, 현장 내 진화 및 신체에 스며든 형질 발생을 지원하여 시뮬레이션된 로봇 집단에서 실시간 적응을 가능하게 하였다.