多主体系统中空间行为的建模与控制——应用于生物学与机器人学

大规模多主体系统（LS-MAS）由多个自主组件组成，这些组件以非平凡方式相互作用，以至于整个集合的显现行为取决于组件的 individual dynamics 以及它们之间的相互作用。这些模型可以描述各种自然系统以及人工系统，具有无与伦比的可扩展性、鲁棒性和灵活性。确实，一个关键目标是设计有效的策略来建模和控制 LS-MAS 的空间行为，以实现特定目标。然而，这些系统的内在复杂性以及其显现行为的广泛谱挑战。本论文的总目标是 therefore, to advance methods for modelling, analyzing and controlling the spatial behaviours of LS-MAS, with applications to cellular populations and swarm robotics. 论文以现有文献概述开始，然后分为两个 distinct part。在 swarm robotics 的上下文中，第一部分处理用于在几何图案中对 agent 进行空间组织的分布式控制算法。该贡献是双重的，既包括开发原始控制算法，也提供一种新颖的形式化分析，允许保证特定几何图案的显现。在第二部分，关注生物学 agent 的空间行为，开展了实验以研究微生物的运动及其对光刺激的反应。这使得导出和参数化捕获这些行为的数学模型，为开发 innovative approaches for the spatial control of microorganisms 之道。论文所呈现的结果是通过利用形式化分析工具、仿真和实验开发的，采用创新的平台和原始计算框架。