論文の概要: Programmable Synchronization Graphs for Adaptive and Fault-Tolerant Modular Miniature Robots

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.07281v1
• Date: Wed, 08 Jul 2026 11:19:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-09 22:50:30.359492
• Title: Programmable Synchronization Graphs for Adaptive and Fault-Tolerant Modular Miniature Robots
• Title（参考訳）: 適応型およびフォールトトレラントなモジュラーロボットのためのプログラム可能な同期グラフ
• Authors: Okan Kulekcioglu, Arqam Bin Ahmad, Ines Garcia, Filipe Serra Alves, Onur Ozcan, M. Selim Hanay,
• Abstract要約: 本稿では,各アクチュエータとセンサのペアをネットワークノードとして表現する,モジュール型ミニチュアロボットのためのプログラム可能な同期グラフフレームワークを提案する。 最大9つのモジュールを持つ物理ロボット集団では、グラフ結合は同期の出現を駆動する。 上位信頼境界エッジ選択アルゴリズムは、対象位相状態に向かってシステムを駆動するサブグラフ間リンクを学習する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Modular miniature robots could provide scalable function in constrained environments, but coordinating many imperfect modules remains difficult when computation, communication and reliability are limited. A central robotics challenge is to coordinate many actuator-sensor modules without assigning a privileged leader, prescribing a fixed gait template, or relying on dense communication. Here we introduce a programmable synchronization-graph framework for modular miniature robots in which each actuator-sensor pair is represented as a network node and locomotor coordination is encoded through graph coupling. Fixed intra-subgraph links synchronize heterogeneous actuator groups, whereas a small number of signed inter-subgraph links program phase relationships between groups. In physical robot collectives with up to nine modules, graph coupling drives the emergence of synchronization, signed links tune the phase difference from in-phase to out-of-phase motion, and floor experiments produce gallop-like and trot-like contact patterns in a five-module robot assembly. Replacing dense all-to-all coupling with sparse d-regular topologies preserves synchronization while reducing the coupling burden. The same graph representation also captures fault tolerance: increasing graph degree increases the number of module deactivations tolerated before desynchronization. Finally, an upper-confidence-bound edge-selection algorithm learns inter-subgraph links that drive the system toward target phase states. In a separate deactivation benchmark, the graph-based controller avoids the leader-specific failure mode observed in centralized leader-follower control and reduces worst-case phase error by about threefold. These results establish programmable network topology as a compact control layer for gait phase programming, online adaptation and robustness to unit loss in modular miniature robots.
• Abstract（参考訳）: モジュール型ミニチュアロボットは制約のある環境でスケーラブルな機能を提供できるが、計算、通信、信頼性が制限された場合、多くの不完全なモジュールの調整は困難である。 中心となるロボティクスの課題は、特権を持つリーダーを割り当てたり、固定された歩行テンプレートを規定したり、密集した通信に頼ることなく、多くのアクチュエータ・センサーモジュールを調整することである。 本稿では,各アクチュエータとセンサのペアをネットワークノードとして表現し,ロコモレータのコーディネーションをグラフ結合によって符号化する,モジュール型ミニチュアロボットのためのプログラム可能な同期グラフフレームワークを提案する。 固定されたサブグラフ内リンクは不均一なアクチュエータ群を同期させるが、符号付きサブグラフ間リンクはグループ間の位相関係をプログラムする。 最大9個のモジュールを持つ物理ロボット群において、グラフ結合は同期の出現を駆動し、符号付きリンクは相内から相外への位相差を調整し、フロア実験は5つのモジュールロボット組立体においてガロップのようなトロットのような接触パターンを生成する。 疎d-レギュラートポロジによる全対全結合の置換は、結合負担を低減しつつ同期を維持する。 グラフの度合いの増大は、非同期化前に許容されるモジュールの非アクティベーションの数を増加させる。 最後に、上位信頼境界エッジ選択アルゴリズムは、対象位相状態に向かってシステムを駆動するサブグラフ間リンクを学習する。 分離された非活性化ベンチマークでは、グラフベースのコントローラは、集中型リーダ・フォロワー制御で観測されるリーダ固有の障害モードを回避し、最悪のフェーズエラーを約3倍削減する。 これらの結果は,モジュール型ミニチュアロボットにおける歩行位相プログラミング,オンライン適応,ユニットロスに対するロバスト性のためのコンパクトな制御層として,プログラマブルネットワークトポロジーを確立した。

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