aalto1 untyped-item.component.html
Steering collective motion
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Tfy-1
Degree programme
Language
en
Pages
54 s.
Series
Abstract
Collective motion is an umbrella term for both biological and non-organic coherent motion, in which tens to tens of millions units take part in. The huge fish schools that fishing ships pursue and the nightmarish legions of locusts which destroy entire countries' worth of crops are just a few examples of collective motion in nature that have a direct effect on us humans.
This thesis focuses on the complex behavior of collective motion and studies how such movement can be steered. As a tool, the original Vicsek model for simulating collective behavior is used. An agent-based model, the Vicsek model was introduced in 1995 and has been extensively utilized and studied since. The Vicsek model consists of units that move independently but prefer to take the common movement direction of their neighbors. Although it is a simplified model, the Vicsek model exhibits flocking behavior that is similar to what is observed in nature.
The results of this thesis show that in this context, collective motion of hundreds of units is greatly affected by just a small percentage of special units, called leaders. The leaders don't adhere to the common rules of the other units, but move in a constant direction. It is observed that the relative amount of leaders needed to steer the entire flock actually decreases as the flock size grows or if we wait sufficiently long. This leads to the conclusion that in the limit of an infinite system size, a finite amount of leaders would suffice to control the flock.
Kollektiivinen liike on kattotermi sekä biologiselle että ei-orgaaniselle koherentille liikkeelle, johon osallistuu kymmenistä kymmeniin miljooniin yksikköä. Luonnossa esiintyvä kollektiivinen liike vaikuttaa suoraan meihin ihmisiinkin, kuten esimerkiksi kalastuslaivastojen metsästämät kalaparvet tai valtavat kulkusirkkaparvet jotka tuhoavat kokonaisten valtioiden viljasatoja osoittavat.
Tämä diplomityö keskittyy kollektiivisen liikkeen kompleksiseen käytökseen sekä tutkii kuinka tällaista liikettä voidaan ohjata. Työkaluna käytetään kollektiivisen käytöksen simuloimiseen tarkoitettua Vicsekin alkuperäismallia. Vicsekin malli on agenttipohjainen malli joka esiteltiin vuonna 1995, ja jota on siitä lähtien käytetty ja tutkittu laajasti. Vicsekin malli koostuu yksiköistä jotka liikkuvat itsenäisesti, mutta suosivat läheisten yksiköiden keskimääräistä liikesuuntaa. Vaikkakin Vicsekin malli on yksinkertaistettu, sen tuottama parvikäytös vastaa luonnossa havaittavaa käytöstä.
Tämän diplomityön tulokset osoittavat satojen yksikköjen kollektiivisen liikkeen käytöksen olevan riippuvainen vain pienen prosenttiosuuden muodostavien erityisten johtoyksiköiden käytöksestä. Johtoyksiköt eivät noudata samoja sääntöjä kuin muut yksiköt, vaan liikkuvat vakiosuuntaan. Kun parven koko kasvaa tai odotettaessa riittävän kauan, koko parvea ohjaamaan tarvittavien johtoyksiköiden suhteellinen lukumäärää vähenee. Tästä voidaan päätellä että äärettömän kokoisessa systeemissä äärellinen määrä johtoyksiköitä riittää kontrolloimaan koko parvea.