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基于被动梯度控制的 X-SYCON:面向动态灾难环境的无通信群体响应

物理与社会 2025-12-02 v1 多智能体系统 机器人学 系统与控制 系统与控制 适应与自组织系统

摘要

我们提出 X-SYCON,这是一种受木栉叶结构启发的多智能体架构,其协调性源于被动场动力学,而非显式规划或通信。事件(需求)和阻塞(灾害)持续写入扩散衰减的标量场,智能体reedy 地上升局部效用 U=ϕDEκϕHZU=\phi_{\mathrm{DE}}-\kappa\,\phi_{\mathrm{HZ}},并具有轻度抗拥塞和分离特性。首次接触时触发的信标规则会暂时加深局部需求沉底,从而加速完成任务,同时不增加首次响应时间。在动态、部分阻塞的仿真环境中,我们观察到低漏检率和稳定吞吐量,伴随可解释、可调的载体数、到达率、障碍密度和障碍灵敏度 κ\kappa 之间的权衡。我们推导出特征水力长度尺度 D/λ\ell\approx\sqrt{D/\lambda} 可预测招募范围的连续近似模型,并提供一种功率守恒(欧尔定律)界限,表明容量随团队规模增长呈亚线性。实证结果表明:(i) 软障碍惩罚在障碍已阻塞运动时可产生更少漏检;(ii) 吞吐随载体数增长呈亚线性饱和,但可靠性显著提升;(iii) 更强的到达可通过维持持久沉底来招募帮助,从而减少漏检;(iv) 相位稳定区域随障碍密度缩小,但通过更多载体或更高到达率可恢复。我们将 X-SYCON 定义为分布式被动计算与控制的一个实例,并在模拟环境中评估其在通信被禁的灾难响应及其他受限感知-动作场景中的应用。

关键词

引用

@article{arxiv.2512.00018,
  title  = {X-SYCON: Xylem-Inspired Passive Gradient Control for Communication-Free Swarm Response in Dynamic Disaster Environments},
  author = {Arthur Ji Sung Baek and Geoffrey Martin},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2512.00018},
  year   = {2025}
}

备注

Preprint v1. 10 pages, 11 figures. Code and data: https://github.com/arthurbaek/biovascular-swarm-robotics