Risk-Aware Swarm Exploration

L'exploration d'environnements inconnus est au coeur de plusieurs problèmes de robotique, parmi ceux-ci, des scénarios de sauvetage et des missions d'exploration extraplanétaire. Principalement, le problème d'exploration a été étudié pour des systèmes comportant un seul robot. Cependant, l'utilisation de plusieurs robots pour la réalisation de la mission pourrait s'avérer salutaire, en ce sens qu'avec une coordination adéquate, la vitesse à laquelle le terrain est parcouru devrait augmenter avec le nombre de robots dans le système. Ainsi, l'utilisation de systèmes multirobot, en opposition à un seul, se veut un domaine de recherche intéressant pour des applications d'exploration là où une importance est accordée à la vitesse à laquelle la mission s'effectue. Cependant, plusieurs défis demeurent, notamment en ce qui a trait aux fautes affectant les robots. Même si les systèmes multirobot présentent une certaine tolérance face aux risques en raison de leur intrinsèque redondance, il a été démontré qu'en pratique, la robustesse qui les caractérise peut être moindre que celle d'un unique robot. En effet, une faute affectant un seul robot peut facilement se propager à l'ensemble du système, causant une panne généralisée. En addition aux fautes, plusieurs autres problèmes affectent les systèmes multirobot. Parmi ceux-ci, on retrouve la coordination, la communication et le stockage de données. Le présent mémoire répondra à ces défis en présentant deux algorithmes de robotiques d'essaim:• DORA-Explorer: Distributed Online Risk-Aware Explorer • RASS: Risk-Aware Swarm Storage

Abstract

The exploration of unknown environments is at the core of numerous robotic applications from search-and-rescue operations to space missions. The problem has been mostly studied in single robot setups, but the ability to perform exploration with teams of robots opens the door to even more ambitious applications. With proper coordination, the time required to explore a given environment should decrease as the number of robots increases. Therefore, multi-robot exploration is an attractive solution to many time-critical applications such as search-andrescue operations or planetary exploration. Moreover, multi-robot teams are usually resilient to some amount of robot failures. However, robot failures are still undesirable as they can affect team performance and should therefore be avoided. Multi-robot systems come with their own sets of constraints and challenges: among those, coordination, communication and data storage are the most relevant to the exploration problem. In this thesis, two swarm robotics algorithms addressing the aforementioned challenges will be presented: • DORA-Explorer: Distributed Online Risk-Aware Explorer • RASS: Risk-Aware Swarm Storage