Sterowanie w otwartej pętli.

Oto kuszący plan: aby przejechać kwadrat o boku jednego metra, wydaj polecenie „jedź do przodu przez 5 sekund, skręć w lewo przez 1,5 sekundy” — i powtórz je cztery razy. Obliczyliśmy wzory, więc robot powinien narysować idealny kwadrat. Uruchom ten program na prawdziwym robocie, a kształt prawie nigdy się nie zamknie. Robot kończy kilka centymetrów od miejsca, w którym zaczął, albo jeszcze dalej.

Taki sposób sterowania nazywa się sterowaniem w pętli otwartej: polecenia są obliczane z wyprzedzeniem i wysyłane, a nic nie mierzy tego, co naprawdę się wydarzyło. Przeciwieństwem jest sterowanie w pętli zamkniętej, które korzysta ze sprzężenia zwrotnego (pętli z pierwszej lekcji). Pętla otwarta sprawdza się, gdy świat jest przewidywalny. Roboty rzadko działają w przewidywalnym świecie.

Dlaczego „to samo polecenie” daje różne wyniki.

• Poślizg kół. Na gładkiej podłodze, kurzu lub dywanie koło może obracać się bez przesuwania robota o pełną odległość.
• Silniki nie są identyczne. Dwa silniki, którym wydano to samo polecenie, zwykle działają z nieco różnymi prędkościami. Nawet niewielka różnica prędkości oznacza, że ω nie jest dokładnie równe zero, więc tor „prosty” zakrzywia się.
• Napięcie baterii spada, gdy bateria się rozładowuje, więc to samo polecenie daje później mniejsze prędkości.
• Rozmiar kół i szerokość rozstawu kół nie są dokładnie takie, jakie programista wpisał w programie. Koło większe o 1 procent pokonuje przy jednym obrocie o 1 procent większą odległość.
• Ruszenie i zatrzymanie. Robot nie może natychmiast zmienić prędkości — przez krótki czas przyspiesza i zwalnia, a plan tego nie uwzględnia.

Każdy z tych problemów jest niewielki. Kłopot polega na tym, że małe błędy się sumują (w Świecie 2 pokazujemy to na liczbach).

Przeprowadźmy eksperyment myślowy. Załóżmy, że błąd kierunku sprawia, że każde polecenie „skręć w lewo o 90 stopni” kończy się skrętem o 88 stopni. Po pokonaniu czterech rogów robot skręcił o 352 stopnie, a nie o 360, więc trasa się nie zamyka: brakuje 8 stopni do ustawienia w kierunku punktu startowego, a do tego dochodzi błąd położenia. Robot z układem zamkniętej pętli mierzyłby swój kierunek czujnikiem po każdym skręcie i skręcał dalej, aż czujnik wskazałby 90 stopni.

Rozwiązanie tego problemu jest tematem kolejnych światów. Najpierw robot musi oszacować, gdzie się znajduje (Świat 2). Następnie sterownik wykorzystuje różnicę między „miejscem, w którym chcę być” a „miejscem, w którym — jak sądzę — jestem”, aby się skorygować (Świat 3). Czujniki obserwujące świat zewnętrzny pojawią się w Świecie 4.