Kjøring med åpen sløyfe

Her er en fristende plan: For å kjøre et kvadrat med én meters sider gir du kommandoen «framover i 5 sekunder, sving til venstre i 1,5 sekunder» fire ganger. Vi regnet ut formlene, så roboten burde tegne et perfekt kvadrat. Kjør planen på en ekte robot, og figuren blir nesten aldri lukket. Roboten ender noen få centimeter fra stedet der den startet, eller enda verre.

Denne typen styring kalles åpen sløyfe: Kommandoene regnes ut på forhånd og sendes ut, og ingenting måler hva som faktisk skjedde. Det motsatte er lukket sløyfe, som bruker tilbakekobling (sløyfen fra den første leksjonen). Åpen sløyfe fungerer fint når verden er forutsigbar. Roboter lever sjelden i en forutsigbar verden.

Hvorfor «den samme kommandoen» gir ulike resultater.

• Hjulspinn. På et glatt gulv, støv eller et teppe kan et hjul spinne uten å flytte roboten hele avstanden.
• Motorene er ikke tvillinger. To motorer som får den samme kommandoen, går vanligvis med litt ulik fart. En bitteliten fartsforskjell betyr at ω ikke er nøyaktig null, så den «rette» banen bøyer av.
• Batterispenningen synker når batteriet lades ut, så den samme kommandoen gir lavere fart senere.
• Hjulstørrelsen og sporvidden er ikke nøyaktig slik programmereren skrev dem inn. Et hjul som er 1 prosent større, dekker 1 prosent større avstand per omdreining.
• Start og stopp. En robot kan ikke endre fart øyeblikkelig. Den øker og senker farten over en kort periode som planen ikke tok hensyn til.

Alle disse forskjellene er små. Problemet er at små feil blir lagt sammen (Verden 2 setter tall på dette).

Prøv et tankeeksperiment. Anta at en kursfeil gjør at hver «sving til venstre 90 grader» i praksis blir 88 grader. Etter fire hjørner har roboten dreid 352 grader, ikke 360, så banen lukkes ikke: Den mangler 8 grader på å vende mot startretningen, og posisjonsfeilen kommer i tillegg. En robot med lukket sløyfe ville måle kursen sin med en sensor etter hver sving og fortsette å svinge til sensoren viser 90 grader.

Løsningen er temaet i de neste verdenene. Først må roboten estimere hvor den er (Verden 2). Deretter bruker en regulator forskjellen mellom «hvor jeg vil være» og «hvor jeg tror jeg er» til å korrigere seg selv (Verden 3). Sensorer for omverdenen kommer i Verden 4.