Influence of Sensorial Delay on Clustering and Swarming preprint in arXiv

Influence of Sensorial Delay on Clustering and Swarming

Influence of Sensorial Delay on Clustering and Swarming
Rafal Piwowarczyk, Martin Selin, Thomas Ihle & Giovanni Volpe
arXiv:  1803.06026

We show that sensorial delay alters the collective motion of self-propelling agents with aligning interactions: In a two-dimensional Vicsek model, short delays enhance the emergence of clusters and swarms, while long or negative delays prevent their formation. In order to quantify this phenomenon, we introduce a global clustering parameter based on the Voronoi tessellation, which permits us to efficiently measure the formation of clusters. Thanks to its simplicity, sensorial delay might already play a role in the organization of living organisms and can provide a powerful tool to engineer and dynamically tune the behavior of large ensembles of autonomous robots.

Lovisa Hagstöm, Erik Holmberg, Eliza Nordén, Teodor Norrestad, Martin Selin & Lisa Sjöblom defended their Bachelor Thesis. Congrats!

Lovisa Hagstöm, Erik Holmberg, Eliza Nordén, Teodor Norrestad, Martin Selin & Lisa Sjöblom defended their Bachelor Thesis at Chambers University of Technology on 23 May 2017.

Title: Autonoma agenter i komplexa miljöer — En studie av tidsfördröjningens inverkan på kollektiva beteenden

Abstract: Interagerande autonoma agenter är ett högintressant och relativt outforskat område. Syftet med detta arbete är att utforska grundläggande metoder för att simulera aktiva agenter som påverkas av ett intensitetsfält med en fördröjning. Fördröjningen mellan agentens indata och dess reaktion på denna visar sig vara väsentlig vad gäller styrandet av dess beteende. Efter att de grundläggande metoderna är etablerade ämnar återstoden av arbetet att fördjupa sig i tre olika aspekter av autonoma agenter. Den rotationella diffusionskoefficienten, DR, visar sig vara en parameter som likt farten kan användas för att styra agenternas beteende. Dock syns inga kvalitativa skillnader i beteendet om inte en fördröjning införs. Med en positiv fördröjning söker sig agenterna till områden med stort DR och med en negativ söker de sig till områden med litet DR. Intressanta beteenden framkallas också genom att låta en aktiv agent röra sig i en propagerande vågpotential, både i en och två dimensioner. För det endimensionella vågfallet kan man med hjälp av fördröjningen styra om agenten färdas mot eller från vågkällan. Agenter som interagerar via tvådimensionella vågpulser kan manipuleras till att samlas eller sprida sig, beroende på fördröjningens karaktär. Slutligen utreds möjligheterna att använda autonoma aktiva agenter för att simulera rovdjur och bytesdjur. För att realisera detta används fördröjningen som styrande parameter. Utöver detta utvecklas en enkel evolutionsalgoritm där byten och rovdjur visar sig kunna anpassa sig efter varandra. Fördröjningar visar sig överlag vara ett kraftfullt verktyg för att påverka beteendet hos aktiva agenter med stor potential i framtida applikationer.

Supervisor: Giovanni Volpe, Department of Physics, University of Gothenburg
Examiner: Lena Falk, Department of Physics, University of Gothenburg