I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   1 6 ,   No .   3 ,  Dec em b er   201 9 ,   p p .   1 3 7 9 ~ 1 3 9 1   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI :  1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 1 6 .i 3 . p p 1 3 7 9 - 1 3 9 1          1379       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / ijeec s   Ro bo ts swa rm co mm unica tion co n trol ba sed o n biol o g ica l  beha v io r inspira ti o n       M us hreq  Ab du l hu s s a in S hu rij i,  T a r iq M o ha m m ed  Sa lma n,  H us s ein A .   Ab du l na bi   De p a rtme n t  o f  El e c tri c a l  E n g i n e e rin g ,   F a c u lt y   o f   En g i n e e rin g ,   M u s tan siriy a h   U n iv e rsit y ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   8 ,   2 0 1 9   R ev is ed   J u n   7 ,   2 0 1 9   Acc ep ted   J u l   8 ,   2 0 1 9       Ro b o t  sw a rm in g ,   in c re a sin g ly   fi n d   imp o rtan c e   in   th e   las t  d e c a d e .   In   th e se   sy ste m s,  m u lt i  m o b i le ro b o ts  h a v e   to   wo r k   c o o p e ra ti v e l y   to   p e rfo r m   sp e c ifi e d   tas k s.  On e   o f  th e   c o m p e ll in g   p ro b lem s  is  t h a t  t h e   ro b o ts  m o v e m e n ts  sh o u l d   b e   in   su c h   a   wa y   th a t  th e y   sh o u ld   f o ll o w   a   sp e c ifi c   g u i d e   a n d   a t   th e   sa m e   ti m e   th e y   sh o u l d   h a v e   th e   a b il i ty   o f  o b sta c le  a v o i d a n c e .   I n sp ir it in g   su c h   m o v e m e n t  fro m   b io l o g ica l  sw a rm s  is  a   c o m p e ll in g   p ro b lem .   F is h   sc h o o ls,   b ird   flo c k s  a n d   s h e e p   h e rd s  a re   p a rti c u lar  e x a m p les   o f  b io lo g ica l  sy ste m s  sw a rm in g .   In   t h is  p a p e r,   a   ro b o t  sw a rm in g   a lg o r it h m   wa s  d e v e lo p e d   a n d   p ro p o se d   b a se d   o n   sw a rm in g   r u l e s  n o ti c e d   i n   t h e se   b io l o g ica l  sy ste m s,  th e   c o m b in a ti o n   b e twe e n   th e   sw a rm   m e m b e rs  a n d   th e   lea d e rsh ip   c o n tro l  a lso   e x p lain e d ,   a   we ll - d e sig n   a d - h o c   n o n - e ss e n ti a l   c o m m u n ica ti o n   s y ste m   wa s   p ro p o se d   f o r  th e   p u rp o se   o f  u se   in   c a se   o f  c o ll e c ti v e   tak e o ff  a n d   c o ll e c ti v e   lan d i n g   sw a rm - ro b o ts,  i n   w h ich   a c ti v a ted   a u t o m a ti c a ll y .   K ey w o r d s :   B io lo g ical  s y s tem   B io m im etic   R o b o t swar m in g   Co p y rig h t  ©  2 0 1 9   In stit u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .     Al l  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mu s h r eq   Ab d u lh u s s ain   Sh u r iji ,   Facu lty   o f   E n g in ee r in g ,   Mu s ta n s ir iy ah   Un iv er s ity ,   B ag h d ad ,   I r aq   E m ail:  m u s h r eq @ u o m u s tan s ir iy ah . ed u . iq       1.   I NT RO D UCT I O N    Pre s en tly ,   Mu lti  m o b ile  r o b o t  s ch em es,  h av e  ca p tu r e  th e  f an cies  o f   th e  r esear ch es.  As  well  as,  ex p an d e d   p r o g r ess iv ely   in   n u m er o u s   ap p licatio n s   s u ch   a s :  in d u s tr ial,   ed u ca tio n al  an d   b u s in ess .   L o ts   o f   r esear ch   ap p licatio n s   h av e  ca r r ied   o u t  in   th is   f ield   f o r   ex a m p le;  f ac to r y   s er v ices,  astro n o m ical  ap p licatio n s ,   task s   in   r estricte d   an d   d an g er o u s   p lace s ,   war eh o u s e   g o o d s   tr an s f er ,   au to n o m o u s   f ly in g   tax i,  u n d er wate r   in s p ec tio n   an d   d etec tio n   a n d   s ec u r ity   an d   d ef e n s e  ap p licatio n s .   Sy s tem s   th at  ar e  co m p o s ed   o f   m an y   r ea ctiv e   u n its   th at  s h o w  s elf - o r g an ize d   b e h av io r s   ar e  to o   co m p lex   c o m p ar e d   with   th e  s in g le  u n it  s y s tem .   Su ch   s y s te m s   ar e  s o - ca lled   co m p lex   s y s tem s .   T h e  f lo ck i n g   r ep r esen ts   o n e   o f   th e  e x am p le s   o f   th e   n atu r al  s elf - o r g an ized   s y s tem s ,   wh ich   ca n   b e   s ee n   i n   m an y   b i o lo g ical   s y s tem s   [ 1 ] .   I t  r ep r esen ts   a  co llectiv e  ac tio n ,   wh ich   in clu d e  th e  m o v em en t  o f   m an y   in te r a ctiv e   in d iv id u als  to   a  co m m o n   d ir ec tio n .   T h e  f lo c k   m o v em en t  as  a  g r o u p   d ep e n d s   o n   th e  in d iv id u al  b e h av io r s ,   s u ch   as,  k ee p in g   a  m in im u m   d is tan ce   b etwe en   th e  in d iv id u als,  av o id   b ei n g   alo n e,   av o id   o b s tacle s ,   av o id   p r e d ato r s   an d   f o llo win g   p r ey .   T h is   b eh a v io r   is   ac h iev e d   alth o u g h   ev er y   i n d iv id u al  m ig h t  n o t  b e  awa r e  o f   th e  f lo ck   o r ien tatio n   [ 2 - 4 ] .   T h e  b e h av io r   o f   in d iv id u als  with in   th e  f lo ck s   b ec o m e   th e   f o cu s   o f   atten tio n   b y   m an y   r e s ea r ch er s   o f   v ar i o u s   b r an ch es  o f   s cien ce ,   f o r   e x a m p le,   r o b o tics ,   b io lo g y ,   p h y s ics,  an d   co n t r o l  en g in ee r in g   [ 5 - 1 3 ] .   Stu d y i n g   th e   m ec h an ical  r u les  th at  g o v e r n   th ese  s y s tem s   h as  b ec o m e  a  r ef er en ce   in   m o d elin g   m an y   m u lti  m o b ile  r o b o ts   s y s tem s   th at  ar e  d e p en d s   o n   t h e  lead er less   alg o r ith m .   I t  b e ca m e  p o s s ib le  to   d esig n   a  s war m in g   m o d el   u s in g   v er y   e asy   in ter ac tio n   r u les  t h at  co u ld   b e  ef f ec tiv ely   d esig n ed   in   a u to n o m o u s   m o b ile   r o b o ts .   T h e   f lo ck   m o d elin g   c o u ld   th e n   in tr o d u ce   b en e f icial  p lan s   f o r   th e  d ev elo p m en t  o f   m u lt ip le  s elf - co n tr o lled     m o b ile  r o b o ts   [ 1 4 ] .   T h e  s tu d y   an d   an al y s is   o f   th e  s y s tem   tak eo f f   an d   lan d in g   o f   th ese  s war m s   g r o u p s   o f   th e  r o b o t  s h o ws  th e  n ee d s   to   p r ev e n t  m ec h an ic al  co llis io n   an d   a   well  d esig n   ad - h o c   co m m u n icatio n   s y s tem   wh ich   is   s ep ar ated   p er m an en tly   an d   in d e p en d e n t  o f   th e   esen tial  co m m u n icatio n   s y s tem   b etwe en   th e   b ase   s tattio n   an d   th ese   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  1 6 ,   No .   3 ,  Dece m b er   201 9   :   1 3 7 9   -   1 3 9 1   1380   air cr af ts .   Fo r   t h at  r ea s o n s ,   th i s   p ap er   p r o p o s ed   a  r o b o ts   s w ar m   co m m u n icatio n   co n tr o l   s y s tem   to   o v er co m e  th ese  p r o lem s .   I n   ad d itio n ,   a n o th er   alter n ativ e   s y s tem   o f   c o m m u n icatio n   is   also   p r o p o s ed ,   wh ich   is   u s ed   o n ly   in   th e  ca s e   o f   tak eo f f   a n d   la n d in g   in   th ese  g r o u p s   o f   air cr af t   an d   is   co n s id er ed   s h o r t -   in   s h o r t  d is tan ce   ( r an g e)   o u td o o r   co m m u n icatio n .       2.   AUTON O M O U S M O B I L E   RO B O T S   Au to n o m o u s   m o b ile  r o b o ts   ca n   b e  h ig h lig h ted   as  elec tr o m ec h an ical  d e v ices  th at  b e   ab le  to   b e  p r o g r a m m ed   to   r ea ch   n u m e r o u s   o b ject iv es.  T h ey   ar e  g ettin g   ev en   m o r e  im p o r tan c e  an d   ac cu r ac y   in   en g in ee r in g   m an u f ac tu r es  as  an   in s tr u m en t  o f   tr an s f er ,   d etec t,  in v esti g atio n ,   an d   h u m an - f r ee   ass ig n m en ts   r elate d   to   its   ef f icien t  an d   f lex ib le  p er f o r m an ce .   Fu r th e r m o r e,   au to n o m o u s   r o b o ts   ar e  a p p r o p r iate  o n   b e h alf   o f   wo r k   in   h ar s h   a n d   r is k y   lo ca ti o n s ,   lik e  h a n d lin g   h ar m f u l  wa s tes  ( r ad io - ac tiv e)   as  well  as  n eu tr alizin g   g litch es  in   n u clea r   p lan ts   an d   r ea cto r s .   Mo r eo v er ,   au to n o m o u s   f ly in g   tax i,  s ec u r in g   co n s tr u ctio n s ,   s wee p in g   lan d s ca p e   ex p lo r in g   u n d e r wate r   m in es  ex ten s iv ely ,   d ee p   o ce an s   tr av ellin g   an d   d is co v er in g   ,   etc.   T h er e  is   a  n o n s to p   ess en tial  as s o ciatio n   b etwe en   Au to n o m o u s   m ap p in g   an d   n a v ig atio n   in   o n e  s id e,   an d   th e  a cc ess ib ilit y   o f   d ata  o f   th e   n ea r b y   en v ir o n m e n t  in   th e  o th e r .   I n   a d d itio n ,   th r o u g h   d is tan ce   ca lcu latio n s   an d   m e asu r em en ts   o r   ev en   v is u al  p ictu r es  ca p tu r ed   b y   th e  s u p p o r t   o f   f u n ctio n al  ex ter n al  s en s o r s ,   a  s u f f icien t  am o u n t   o f   in f o r m atio n   ca n   b e  s to r ed   an d   p r o ce s s ed   [ 1 5 ] .   A  well  d esig n ed   s elf - co n tr o lle d   m o b ile  r o b o ts   m u s t  b e  ab le  to   h an d le  task s   as   f o llo ws  [ 1 6 - 1 8 ] ;  lear n i n g   a n d   g ain   a  co m p r e h en s iv e  m a p p i n g   in f o r m atio n   o f   its   o p er atio n al  n ea r b y   l o ca tio n   alo n g   with   o b s tacle   lo ca tio n s   to   av o id   it,  co n s eq u en tly   n av i g atio n al  d ec is io n s   will  m ee t  a   h ig h   s tan d ar d   lev el   o f   ac cu r ac y   ac co r d in g   to   th e  e n v ir o n m en tal  d ata  wh ich   c o lle cted   b y   th e  e x ter n al  s en s o r s .   B esid e,   to   m ee t h ig h   p er ce n tag e  o f   p r ec is io n s   f o r   a  p r ed ef in e d   m is s io n   as  well  a s   ac h iev in g   ac cu r ate  s elf - co n tr o lled   d ir ec tio n s   an d   ar r an g em e n ts   ( au to n o m o u s ly )   with   n o   h u m an   in ter f er en ce .   A ls o ,   to   r o u te  an d   u s e  o p tim u m   p ath .   i.e .   th e  r o b o t   s h o u ld   u s e  an d   f o llo w  th e  s h o r test   p ath   to   r ea ch   a  s p ec if ic  p r ed ef in ed   aim   a n d   m a n eu v e r   ar o u n d   t h e  o b s tacle s ,   p lu s   r ea d   an d   co llect  th e  s en s o r   in f o r m atio n ( d ata)   en d less ly   an d   u s e  th e  u p d ated   d ata  to   a d ju s t  an d   co r r ec t  its   n ex t m o v e  an d   m an eu v er   to   a d ap t lim itles s   v ar ian ts   ar o u n d   it.   Mo b ile  r o b o ts   d esig n   is   b ased   o n   th e  in teg r atio n   o f   v ar io u s   f ield s   o f   s cien ce .   Fo r   ex am p l e,   d ea lin g   with   lo co m o tio n   p r o ce s s   r eq u ir e  th e  u n d e r s tan d in g   o f   r o b o t  k in em atics,  d y n am ics,  m ec h an is m   an d   co n t r o l   th eo r ies,  an d   s o lv in g   th e   p r o b lem s   o f   lo ca lizatio n   an d   n av ig atio n   r eq u ir e   g o o d   ex p e r ien ce   in   c o m p u ter   alg o r ith m s ,   ar tific ial  in tellig e n ce ,   in f o r m atio n   th e o r y ,   an d   p r o b a b ilit y   th eo r ies.  A  b lo c k   d iag r am   o f   co n tr o l  s y s tem   f o r   an   au t o n o m o u s   m o b ile  r o b o t is sh o wn   in   Fig u r e   1   [ 1 9 ] .           Fig u r e   1 .   B lo ck   d iag r am   o f   c o n tr o l sy s tem   f o r   t h e  Mo b ile  R o b o t [ 1 9 ]       3.   SI NG L E   RO B O T   B A SI C  M O T I O N  T A SK S   T h is   p ap er   h as  ca r r ied   o u t  m o b ile  r o b o ts   m u tu al  co n tr o l,  b esid es  d elib er ated   a  co m p r eh en s iv e   r ev iew  o f   th e  b asic  m o tio n s   th at  d eliv er ed   u s in g   a  s in g le  m o b ile  r o b o t.  B ea r in g   in   m in d   a  wh ee led   r o b o t,  a n   ex ten s iv e  liter atu r e  s u r v e y   h as   b ee n   ac co m p lis h ed   s u cc ess f u lly ,   an d   f o u n d   th at  th e r e  ar e  t h r ee   class if icatio n s   o f   a  s in g le  r o b o t  b asic  m o tio n   task s ,   wh ich   ar e :  p o in t  to   p o in t,  tr ajec to r y   tr ac k in g   an d   p ath   f o llo win g .   T h e   th r ee   class if icatio n s   ar e  s h o wn   in   Fig u r e   2.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       R o b o ts   s w a r m  co mmu n ica tio n   co n tr o l b a s ed   o n   b i o lo g ica l  b eh a vio r …  ( Mu s h r eq   A b d u lh u s s a in   S h u r iji )   1381       Fig u r e   2 .   A  s in g le  r o b o t b asic th r ee   m o tio n   task s       3 . 1 .       P o int - to - P o int  M o t io n   I t' s   al s o   k n o wn   as  a  p o in t  s tab ilizatio n .   T h e  r o b o t  s tar t  f r o m   k n o wn   i n itial  co n f ig u r atio n   a ll  th r o u g h   m o tio n   an d   it h av e   to   m o v e  to   r ea ch   r o u g h l y   r eq u ir ed   c o n f ig u r atio n .       3 . 2 .       T ra j e ct o ry   T ra ck ing   Un lik e  o th e r   ty p e  o f   m o tio n ,   a  r o b o t’ s   r e f er en ce   p o i n t  h av e  t o   tr ac k   a   tr ajec to r y ,   wh ich   is   a   g eo m etr ic  p ath way   with   tim in g   ass o ciate d   with   th e   m o tio n ,   s tar tin g   f r o m   s o m e  in itial  co n f ig u r atio n   i n   a   C ar tesi an   s p ac e.   T h e  ass ig n ed   p ath way   th at   d eter m in e d   an d   d eliv er ed   f r o m   th e  tr ac k i n g   c o n tr o ller   m ak e  s u r e  th at  r o b o t  f o llo wed   it  ju s t  ab o u t  tim e.   T h e   tr ac k in g   co n tr o ll er   en s u r es  th at  th e   ass ig n ed   p ath   ca n   b e  f o llo we d   asy m p to tically   in   tim e.     3 . 3 .       P a t h F o llo wing   I n   th is   m o ti o n ,   t h e  r o b o t’ s   r ef e r en ce   p o in t  s h o u ld   tr ac k   s o m e   g eo m etr ic   p ath way ,   with o u t   a n y   tim in g   ass o c iated   with   th e  m o tio n ,   s tar tin g   f r o m   s o m e   in itial  co n f ig u r atio n   in   a   C ar tesi an   s p ac e.   R eg ar d less ,   th e   d u r atio n   n ee d e d   to   f o llo w   an d   r ea ch   th e  p ath way ,   th e  c o n t r o ller   m u s t  g u ar a n tee  th e  p ar t icu lar   r o u te  f o r   th e   r o b o t to   m o v e   an d   s tick   alo n g   with   it.        4.   B I O M I M E T I C  O F   SW AR M I NG   B E H AV I O R    T h e  g r o u p s   o f   b ir d s   a n d   t h e  o th er   b io lo g ical  s y s tem s ,   lik e   h er d s   o f   s h ee p ,   s ch o o ls   o f   f i s h ,   an d   th e   lik es,  m o v e  in   a  h ar m o n ic  m a n n er .   Similar ly ,   an ts   s war m   o r   b ir d s   f lo ck   f o llo ws  o th er   n e ar   g r o u p s   alth o u g h   wh en   th ey   p ass   in   an   o p p o s ite  d ir ec tio n   d u r in g   th e  s ee k in g   f o r   th e  d esire d   p ath .   T h e  f ly in g   o f   b i r d s   in d iv id u als  with in   th e   f lo ck   is   s ee m s   to   b e  id e n tical  in   eith e r   d ir ec tio n   a n d   a b r u p tly   th ey   m ig h t  all  t u r n   to   t h e   r ig h t,  lef t   o r   s wo o p   to   th e   b o tto m   to war d   th e   g r o u n d .   I t   is   v e r y   asto n is h in g   to   id en tif y   th at  b ir d s   co u ld   s y n ch r o n ize   an d   o r g an ize  th ei r   m o v e m en ts   p r ec is ely .   T h er e f o r e,   t o   d esig n   a  m o d el  b ased   o n   f lo c k   o f   b i r d s ,   a   co n tin u o u s   m o n ito r in g   f o r   a  f l o ck   o f   b ir d s   is   es s en tial  to   ac q u ir e  a  u s ef u l  co n tr o l  d ata.   T h e  s u g g ested   m o d el   is   a  s p atial  b eh a v io r al   o n e,   w h er e  b ir d   f ly in g   is   s im u lated   in   a  3 D  r e g io n .   E ac h   s im u lat ed   b ir d   with in   th e  f lo ck   b eh av es   in   a n   i n d ep e n d en t  m an n e r   th at   is   tr av e r s es  b ased   o n   its   p er ce p tio n   f o r   th e   d y n am ic   en v ir o n m en t.  Sev er al  r u les we r e  ex tr ac ted   th r o u g h   m o n ito r in g   th e  f lo c k   o f   b ir d s ,   th ese  r u le s   ar e;    a.   Rule - 1:   ( C o llis io n   Av o id an c e) ,   in   th is   r u le,   th e  i n d iv id u a ls   tr y   to   av o id   c o llid in g   n ei g h b o r in g   b ir d s ,   en v ir o n m en t  o b s tacle s   an d   b o r d er s   b y   k ee p in g   a  m i n im u m   s ep ar atio n   with   th em   e v er y   tim es.  I t  h as  th e   h ig h est p r ec ed e n ce   am o n g   th e   r u les an d   it n ee d s   co n tin u o u s   o b s er v atio n   b y   a n im al.     b.   Rule - 2:   ( Velo city   Alig n m en t) ,   in   th is   r u le,   th e  b ir d   tr y   to   m atch   its   v elo city   with   th at  o f   th e  n eig h b o r in g   b ir d s .   I f   th e  b ir d   is   n o t   ex ec u tin g   r u le - 1 ,   it  tr ies  to   a v o id   b ei n g   is o lated   f r o m   th e   g r o u p   b y   p e r f o r m in g   attr ac tio n   b eh av i o r   to war d s   th e  g r o u p .     c.   Rule - 3:   ( f lo ck   C en ter in g ) ,   in   th is   r u le,   th e  b ir d   is   tr y in g   to   f ly   n ea r   n eig h b o r in g   b ir d s   to   av o id   b ein g   alo n e  an d   g iv i n g   t h e  f lo c k   th e  r eq u ir e d   co h esio n .   D u r in g   t h at  th e  b ir d   tr ies  to   f ly   to war d   th e  ce n ter   o f   th e  n eig h b o r in g   b ir d s .   I n   th e   3 D  s im u latio n   o f   th e  t h r ee   r u les  ab o v e,   th e  v a r iab le  N  wo u ld   b e   u s ed   to   r e p r esen ts   th e  n u m b er   o f   b i r d s ,   i  r ep r esen ts   th e   s eq u e n ce   o f   th e   in d iv i d u al  wh e r e,   ( i=1 ,   2 ,   …  ,   N) ,   p i  is   th e   v ec to r   th at  r ep r esen ts   th e   p o s itio n   o f   th e   ith   in d iv id u al,   v i  r e p r esen ts   th e  u n it  v ec to r   o f   d ir ec ti o n   o f   t h e  ith   in d iv id u al.   T h e   s im u latio n   tim e  t  was  s eg m en ted   at  r e g u l ar   s tep   T   =  0 . 1   s ,   wh ich   c o r r es p o n d s   to   b ir d ’ s   r esp o n s e  tim e.   At  ea ch   tim e  s tep ,   th e  b ir d s   ev alu ate  t h e  p o s itio n   an d   d ir ec tio n   o f   th e   n eig h b o r in g   b ir d s   in   t h e  th r ee   n o n - o v e r lap p in g   b eh a v io r a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  1 6 ,   No .   3 ,  Dece m b er   201 9   :   1 3 7 9   -   1 3 9 1   1382   r eg io n s   s h o wn   in   Fig u r e   3 .   T h is   in f o r m atio n   ar e  u s ed   to   e s tim ate  th e  d esire d   d ir ec tio n   f o r   ea ch   b ir d   in   th e   n ex t tim e  s tep   d i( t+T )   ac co r d i n g   to   s p ec if ic  r u les  d escr ib ed   i n   th e  f o llo win g   ex p lan atio n .           Fig u r e   3 .   B ir d   m o d el  r e p r esen tatio n ,   s h o win g   th e   b ir d   at  th e  ce n ter   o f   m o d el  r e g io n s .   β:   is   th e  f ield   o f   p er ce p tio n ,   ( 3 6 0 - β):  is   th e  b lin d   r eg io n   b eh i n d   th e  b ir d       W ith in   th e  r eg io n   o f   r e p u ls io n   ( r o r ) ,   ea ch   b ir d   tr ies  to   k ee p   a  m in im u m   s ep a r atio n   d is tan ce   to   o t h er   b ir d s .   T h is   r eg io n   was  m o d ele d   as  a  s p h er e  o f   r ad iu s   r r ,   an d   its   ce n ter   lie s   at  th e  b ir d   p o s itio n .   I f   th e  n u m b er   o f   n eig h b o r in g   b ir d s   th at  ex is t  with in   th e  r o r   at  tim e  t  i s   n r ,   t h en   th e  ith   b ir d   will  r esp o n d   b y   f ly in g   awa y   an d   m an eu v er   b ey o n d   its   n eig h b o r s   to   av o id   an y   p o s s ib le  im p ac t w ith in   a  p ar ticu lar   a r ea ,   s ee   Fig u r e   4a .       ( 1 )     T h e  d ir ec tio n   o f   th e   u n it  v e cto r   is   r ep r esen ted   b y   r ij=( p j - p i) /| ( p j - p i) |   in   th e   d ir ec tio n   o f   th e   jth   n eig h b o r .   As we   p o in t o u t a b o v e,   th e  s p ec if ic  r u le  b e h av io r   h as a n   ex tr a o r d in ar y   lev el  o f   p r io r ity   as c o m p ar e d   with   o th er   r u les  with in   th e  m o d el,   th er ef o r e  if   n r   n o t  eq u a l  to   0 ,   th en   n ex t  d ir ec tio n   o f   th e  b ir d   wo u ld   b e   d i( t+T ) =d r ( t+T ) .   T h e   r eg io n   o f   r e p u ls io n   r e p r esen ts   th e  b ir d ’ s   p e r s o n al  s p ac e  th a t  en s u r es  co llis io n   av o id an c e.   I f   th er e  is   n o   n eig h b o r s   in s id e  th e  r eg io n   o f   r e p u ls io n ,   i.e .   n r =0 ,   t h en   th e  b ir d   wo u ld   r esp o n d s   to   o th er   b ir d s   in   th e  r e g io n   o f   o r i en tatio n   ( r o o )   an d   th e   r eg io n   o f   attr ac tio n   ( r o a) .   T h ese  r eg i o n s   h av e   a  s p h e r ical   s h ap e  ex clu d in g   a  s m all  b lin d   r eg io n   li es  b eh in d   th e  b ir d ,   wh er e  it  ca n n o t  d etec t  o th er   b ir d s   wh en   th ey   ar e   th er e.   T h e   b lin d   r eg io n ,   s h o wn   in   Fig u r e   3   ab o v e,   is   r ep r esen ted   b y   a  co n e   with   an g le  o f   ( 3 6 0 - β)º ,   an d   β   r ep r esen ts   th e  p er ce p tio n   f ield ,   s h o wn   in   th e   s am e  f ig u r e .           Fig u r e   4 .   v ar io u s   m o d el  r e g io n s   o f   b ir d s   in ter ac tio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       R o b o ts   s w a r m  co mmu n ica tio n   co n tr o l b a s ed   o n   b i o lo g ica l  b eh a vio r …  ( Mu s h r eq   A b d u lh u s s a in   S h u r iji )   1383   T h e  zo n e  o f   alig n m en t  en cl o s es  n o   v is ib le  f ello w  b ir d s   ap iece   u s in g   r r   ≤   | ( p j - p i) |   <  r o   also ,   th e  zo n e   o f   attr ac tio n   en clo s es n a  v is ib le  n eig h b o r s   ap iece   b y   m ea n s   o f   r o   ≤   | ( p j - p i) |   ≤   r a.   A  b ir d   will a lway s   a ttem p t t o   r ea r r an g e  a n d   also   alig n ed   with   n eig h b o r s   th at  s u r r o u n d ed   b y   th e  r eg io n   o f   p o s itio n in g ,   an d   th e  u n it  v ec to r   o f   its   d ir ec tio n   wo u ld   b e  ca lcu lat ed   u s in g   th e  f o llo win g   eq u atio n :       ( 2 )     R ea lize  th e  Fig u r e   4b ,   a n d   h ea d ed   t o   th e   ce n ter   o f   its   s u r r o u n d in g   f ello w  b i r d s   in   th e  d is tr ict     o f   d esira b ilit y :       ( 3 )     See  Fig u r e   4c .   T h e  d esira b ilit y   o r   attr ac tio n   is   an   aim   o f   an i m als  to   g et  to g eth er   an d   ca tch u p   o n   wit h   a  g r o u p ,   in   ad d itio n   to   d o d g e   an d   n o t  to   b e  lo n ely .   Ho we v er ,   th e  p o s itio n in g   p e r m its   a  m u tu al  m o tio n   b y   d ec r ea s in g   a n y   p o s s ib ilit ies  f o r   cr ash es  th at   m ay   tak e   p lace   am o n g   in d iv i d u als.  I f   t h e  n eig h b o r in g   i n d iv id u als   lo ca ted   o n ly   in   th e  r o w,   wh e r e  n   =  n o ,   f o r m er ly   d i  (   t  +   T   )   =  d o   (   t  +  T   ) ;  s im ilar ly   if   th e   to tal  n eig h b o r in g   in d iv id u als  lo ca ted   in   t h e  r o w,   wh er e  n   =  n a  ,   th en   d i  (   t   +  T   )   =  d a  (   t  +   T   ) .   E q u ally ,   if   t h e  n ei g h b o r in g   in d iv id u als  lo ca ted   f o r   th e  two   r eg io n s ,   at  th at  p o in t  d i  (   t  +  T   )   =  ½   d o   (   t  +  T   )   +  ½   d a  (   t  +  T   ) .   On   b eh alf   o f   th e  s itu atio n s   wh en   co m m u n ity   p o wer s   p r o d u ce s   n o   v ec t o r   ( ze r o - v ec to r ) ,   else  th er e  a r e  ze r o   in d iv id u als  n o ticed   with in   o r ien tatio n   o r   a ttra ctio n   r eg io n s ,   th u s   d i (   t +   T   )   =  v i.   A  b ir d   th at  tu r n s   at  a  r ate  o f   γ   d eg r ee s   p er   s ec o n d   ( º /s )   ca n   tu r n   b y   an   a n g le  eq u al  to   γ T   d eg r ee s   ea ch   T   s ec   at  m o s t.  T h en   i n   th e  ca s e  wh en   th e  an g le  th at  lies   b e twee n   d i( t+T )   an d   v i( t)   is   lo wer   th an   γ T ,   at  th at   tim e  th e  ith   b ir d   wo u ld   b e  alig n ed   with   th e  ca lcu lated   v ec to r   o f   th e  d ir ec tio n ,   v i ( t+T )   =  d i( t+T ) ;  o r   else  it  wo u ld   tu r n   o n ly   γ T   d e g r e es  in   its   d ir ec tio n .   Af ter   co m p letio n   th e  esti m atio n   o f   th e  n ex t  d i r ec tio n   v ec to r ,   t h e  ca lcu latio n   o f   th e   n ex t  p o s itio n   v ec to r   f o r   ith   b ir d   is   r ea d y   to   b e  ca lcu lated   u s in g   th e  f o r m u la:   p i( t+T ) =v i( t+T ) * T U+ p i( t) ,   in   th is   eq u atio n   U  r ep r esen ts   b ir d ’ s   s p ee d .   I n   o r d er   to   i n v esti g ate  an d   ev alu ate  th e   co m b in ed   b eh a v io r   u s in g   th e  s u g g ested   m o d el,   co n s eq u e n tly ,   we  b e  a b le  to   d is co v e r   th e  u ltima te  r esu lts   o f   th e  f lu ctu atin g   v alu es th at  ar e  s et  to   f ac to r s   wh ich   is   illu s tr ated   in   T ab le  1 .        T ab le  1 .   T h e  Su m m ar y   F ac to r s   o f   th e  M o d el         5.   T H E   P RO P O SE D  SWAR M I NG   M O D E L   D E S I G N  AN D  I M P L E M E NT A T I O N   Firstl y ,   s ev er al  r esear ch er s   h as  b ee n   ca r r ied   o u t   an d   tak e   o n   m o r e  o r   less   m o tio n   d ir ec tio n   an d   co n s tan t  s p ee d   f o r   f o lk s   s u r r o u n d ed   b y   r esid en t  n eig h b o r h o o d   all  th r o u g h   em er g in g   a  m o d el  with   a  co llectiv e   m o tio n .   I n   th is   p r o p o s ed   p a p e r ,   a  g en u in e  b io lo g ical   m o d el   was  cr ea ted   an d   d ev el o p ed   t o   s im u late  f lig h t  o f   b ir d   f lo ck s   co llectiv e   b eh a v i o r   wh ich   is   b ased   o n   f lo c k in g   ten d en cy   co n ce p t.  T h e  c o m p u ter - g en er ate d   alg o r ith m   o f   g ath e r in g   in d iv i d u als  was  cr ea ted   wis ely   an d   s u b jecte d   to   th e  alig n m en t,  p o s itio n al  r ep u ls io n   an d   attr ac tiv e  ef f ec t  th at  is   d ep en d s   o n   t h e  r elativ e  p o s t u r e  an d   d ir ec ti o n   o f   th ese  i n d iv id u als.  Gr o u p   f o r m atio n   a n d   co h esio n   is   ac h iev ed   as  a  r esu lt  o f   th e  in d iv id u al  b eh a v io r   d escr ib e d   i n   th is   m o d el.   T h e  p er f o r m ed   s im u latio n   m an if es ts   ch ar ac ter is t ic  f lo ck in g   b eh a v io r s ,   ex ac tly   lik e  to   th o s e  s ee n   o r g an is m s ,   ev en   wh en   s p ec if ic  f ac to r s   ar e  v ar i ed .   T h e  s u g g ested   c o m p r e h en s iv e  ju s tific atio n   o f   th e  b eh av io r al  u s in g   p s eu d o   co d e  p r o g r a m   f o r   b ir d   f lo ck s   s war m in g   alg o r ith m   is   as f o llo ws:       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  1 6 ,   No .   3 ,  Dece m b er   201 9   :   1 3 7 9   -   1 3 9 1   1384   B ir d   _   p o s tu r es _   i n italis atio n   ( )   L OOP   Plo t _   b ir d s   ( )   T r an s f er   _   b ir d s   _   t o   _   n ex t _   p o s tu r es ( )   E ND  L OOP   B ir d   _   p o s tu r es  _   in italis atio n   ( )   p r o ce s s   p lace s   a   s tar tin g   lo ca tio n s   f o r   all   b ir d s .   T h es e  lo ca tio n s   wer e  s elec ted   r an d o m ly   an d   clo s e  to   th e   ce n ter   o f   th e   s h o win g   zo n e.   On ce   th e   s im u latio n   p er f o r m ed ,   th e   en tire   b ir d s   tak e  win g   t o war d s   ex p ec ted   tar g et  d ir ec tio n .   O n   th e  o th er   h an d ,   as  th e  s im u latio n s   s u s tain ed   its   r u n n in g   s tate,   b ir d s   k ee p   an   e y e  an d   p u r s u ed   th e  r an d o m ly   c o n tin u o u s   m o v e  ta r g et.     Plo t _   b ir d s   ( )   p r o ce s s   wo u ld   b e  u s ed   to   d r aw  a  b ir d   m o tio n   with   s in g le  f r am e,   in   th e  ex is tin g   p o s tu r e   en tire   b ir d s   d r awn .   T h e   p r o p o s ed   m o d el   s war m in g   f o r   b ir d s   f lo ck   o p e r ates  o p tim ally   with   two   o r   ev e n   wit h   th r ee   d im en s io n s .     T r an s f er   _   b ir d s   _   to   _   n ex t  _   p o s tu r es  ( )   p r o ce s s   co n s is t  o f   an   alg o r ith m   f o r   r ea l  b i r d s   f lo ck in g .   Simp ly ,   s u ch   alg o r ith m   wo r k   o n   v ec t o r   m a n ip u latio n s   o n   b i r d s ’   p o s tu r es  v ec to r s .   E ac h   o n e  o f   th e   s war m in g   is   wo r k   in d ep en d en tly   f r o m   o th er s ,   co n s eq u en tly   f o r   ea ch   b i r d .   So ,   we  ca n   ca lc u lates  b ir d   m o v em en ts   ca u s ed   b y   ev e r y   s in g le  o n e  o f   th ese  t h r ee   r u les  th at  b ee n   m e n tio n e d   an d   well  d escr ib e d   p r ev io u s ly ,   r esu ltin g   th r ee   v ec to r s   with   v ar io u s   v el o cities.  I n   ad d itio n ,   ad d in g   th e  r esu ltin g   v ec to r s   with   th e  cu r r en t  v elo city   o f   th e   b ir d ,   th er ef o r e  we  b e  a b le  to   p r e d ict   th e  n ex t v elo city   o f   a  b ir d .   Ac ce p tin g   th at  th e  v elo city   o f   a  b ir d   is   a  v alu e  wer e   b ir d   tr a v els  p er   tim e  s tep ,   th e n   th e  n ex t  b ir d   p o s itio n   c an   b e  ca lcu lated   b y   s im p ly   ad d in g   b ir d   v elo city   d u e   to   th e  th r ee   r u les to   th e  p r esen t  p o s itio n   o f   th e  b ir d .     T h e  p r o ce s s   m en tio n ed   a b o v e  ca n   b e  p r esen ted   b y   m ea n s   o f   p s eu d o - co d e  as f o llo ws:     PR O C   tr an s f er   _   b ir d s   _   to   _   n ex t _   p o s tu r es ( )     Vec to r   v el1 ,   v el2 ,   v el 3 ,   v el4 ,   . . .     b ir d   b   FOR   E A C H  B I R D  b   v el1 =r u l1 ( b )     v el2 =r u l2 ( b )     v el3 =r u l3 ( b )     v el4 =r u l4 ( b )   b . v el  =  b . v el  +  v el 1   +  v el2   +  v el3   +  v el4   +  . . .     b . p o s   =  b . p o s   +  b . v el   E ND   E ND  PR O C     T h e  th r ee   r u les u s es p s eu d o - c o d e  f o r   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m   o n ce   a  tim e  a r e  as f o llo ws:     Rule  1 :   B ir d   attem p ts   m ain tai n in g   a  m in o r   s ep ar atio n   d is ta n ce   o f   d if f er en t  b ir d s   ( co u n tin g   th e  o b s tacle s   an d   walls o f   th e  s u r r o u n d ed   s p ac e) .   T h is   r u le  is   to   en s u r e   th at  th e  b ir d   will  av o id   th e  c o llis io n   with   an o th er   b ir d   with in   th e  f lo ck .   T o   ap p ly   th is   r u le,   a  ca s e  s tu d y   a u to n o m o u s   f ly i n g   tax i   will  b e   tak en ,   it  will  r e p r esen t  o n e  o f   cr i tical  ca s es  is   a  p r o ce s s   o f   m ass   p ar k in g   f o r   th ese  f ly in g   v eh icles.  Du r in g   th is   r u le,   a  co n tin u o u s   m o n ito r in g   o f   th e   n eig h b o r in g   b ir d s   is   p er f o r m ed ,   an d   in   th e  ca s e  wh e n   an y   n eig h b o r in g   b ir d   is   with in   a  s p ec if ied   lo wer   s ep ar atio n   d is tan ce ,   f o r   ex am p le  5 0   m ea s u r in g   u n its ,   th en   tr an s f er   th e  b ir d   awa y   f r o m   th at  n eig h b o r i n g   b ir d .   T h is   ca n   b e  ac c o m p lis h ed   v ia   th e  s u b tr ac tio n   o f   th e   d is p lac em en t  o f   ea c h   n eig h b o r in g   b i r d   f r o m   an   ar b itra r y   v ec to r ,   s ay   s p .   T h e  v ec to r   s p   ca lcu lated   h er e   is   in itial ized   at  0   an d   it  ad d ed   to   th e  b ir d   p r esen t  p o s itio n   to   tr an s f er   th e  b ir d   f ar   f r o m   th e  b ir d s   f ly i n g   b esid e  it.  An d   in   p s eu d o   co d e:   PR O C   r u l1 ( b ir d   b I )   Vec to r   s p   =  0 ;    FOR   E A C H  B I R D  b   I F b   ! =  b I   T HE N   I F | b . p o s   –   b I . p o s |   <  5 0   T HE N     s p   =  s p - ( b . p o s   –   b I . p o s )     E ND  I F   E ND  I F   E ND   R E T UR N  s p   E ND  PR O C     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       R o b o ts   s w a r m  co mmu n ica tio n   co n tr o l b a s ed   o n   b i o lo g ica l  b eh a vio r …  ( Mu s h r eq   A b d u lh u s s a in   S h u r iji )   1385   I n   th e  ca s e  o f   two   b ir d s   ar e  s id e  b y   s id e,   th e  p r ev i o u s   r u le   is   s u itab le  to   ap p ly   f o r   b o th .   T h er ef o r e   b o th   o f   th e m   will  s tar t  g r ad u a lly   tu r n ed   awa y   f r o m   th e  o th e r   an d   th e  s am e  p r o ce d u r e   will  tak e  p lace   in   n e x t  tim e  s tep   th at’ s   o f   co u r s e   if   t h ey   ar e  s till   n ea r   ea ch   o th e r .   T h ey   will  co n tin u e  s teer ed   m o r e  awa y   f r o m   ea ch   o th er   u n til  th ey   ac ce d e  th e  lo wer   s ep ar atio n   d is tan ce   b etwe en   th em .   Fo r   th is   r ea s o n   th is   will  tak e  a  s m o o th   o r   g r ad u al  ac ce ler atio n .   Kee p in g   in   m in d ,   th at  is   m o r e  r ea lis tic  to   en s u r e  s m o o th   m o v em en ts   d u r in g     th e  s im u latio n .     Rule  2 :   B ir d s   a ttem p t  to   f ly   i n   th e  d ir ec tio n   o f   th e  ce n ter   o f   n eig h b o r in g   b ir d s .   T h e   id e n tifie d   n eig h b o r in g   b ir d s '   ce n ter   is   s im p ly   an   av er ag e  p o s itio n s   o f   th e   en tire   n eig h b o r i n g   b ir d s .   On   b eh alf   o f   b ir d   bI   (1   <=   I   <=   N) ,   th e  o b v io u s   ce n ter   acI   is   p r esen ted   as f o llo ws:   ac I   =  ( b 1 . p o s   +  b 2 . p o s   +  . . .   +  b I - 1 . p o s   +  b I + 1 . p o s   +   . . .   +  b N. p o s )   / ( N - 1)   On ce   a  ca lcu latio n   m ad e   to   d eter m in e  th e   ap p ar e n t  ce n ter ,   it  is   ess en tial  to   tr an s f er   a  p ar t icu lar   b ir d   in   th e  d ir ec tio n   o f   th e  in te n d ed   ce n ter .   W e  ca n   d eter m in e d   th is   p r o ce s s   f o r   tr an s f er r in g   th e  b ir d   0 . 0 1   ap a r t   f r o m   th e   ce n ter   v ia  t h e  f o llo wi n g :    ( ac I   –   b I . p o s )   / 1 0 0   T h e  p s eu d o - co d e   b r ief   is   s h o w n   as f o llo ws:   PR O C   r u l2   (   b ir d   b I   )   Vec to r   ac I   FOR   E A C H  B I R D  b   I F b   ! =  b I   T HE N   ac I   =  ac I   +  b . p o s   E ND  I F   E ND   ac I   =  ac I   / (   N - 1   )     R E T UR N  (   ac I   –   b I . p o s   ) /1 0 0   E ND  PR O C     Hen ce ,   th e  f ir s t v elo city   c alcu l atio n   o f   v ec to r   ( v 1 )   f o r   a  s p ec if ic  b ir d   was su cc ess f u lly   ac h ie v ed .     Rule  3 :   B ir d   attem p t to   s u s tain   s am e  v elo city   as th at  o f   th e  n ea r   b ir d s .   T h is   m ay   b e   s im ilar   to   R u le   2 ,   b u t  in   its   p lace   o f   ta k in g   th e  av er a g e  o f   th e  n eig h b o r in g   b ir d s ’   p o s itio n s ,   th e  av e r ag ed   v elo ci ti es  o f   th e  n ei g h b o r in g   b ir d s   ' ap p ar en t  v elo city '   ( av I )   ca n   b e  d eter m in ed ,   p lu s   in cr ea s e  o n ly   a  m in o r   f r ac tio n ,   r o u g h ly   o n e  s ix th   o f   b i r d ' s   c u r r en t  s p ee d .   As  a  r esu lt,  a  g r ad u al  b o o s t  v elo city   d eliv er ed   f o r   th e  ' ap p ar e n t v el o city ' .   PR O C   r u l3 ( b ir d   b I )   Vec to r   av I   FOR   E A C H  B I R D  b   I F b   ! =  b I   T HE N   av I   =  av I   +  b . v el   E ND  I F   E ND   av I   =  av I   / ( N - 1)   R E T UR N  ( av I   –   b I . v el)   / 6   E ND  PR O C     T h e  b ir d s   f lo c k in g   r u les  d escr ib ed   ab o v e  ar e  ap p r o p r iately   d em o n s tr ate  th e  co m p licated   ag g r eg atio n   b eh av io r   s ee n   in   b ir d   f lo c k .   T h ese  ar e  th e  ess en tial  r u les  th at  ar e  r eq u ir ed   in   o r d er   t o   m im ic  th e  lead er less ,   Sp atial  f lo ck in g   b eh av i o r .   T h is   r eq u ir es  th e   p r o v is io n   o f   co m m u n icatio n   a n d   co n tr o l  d ev ices  ( f o r   th is   p ar ticu lar   ca s e) ,   in   wh ich   r ep r esen ts   a  p r o ce s s   o f   im itatin g   t h e  r o le   o f   th e  co m m an d e r   to   m ain tain   th e  s y s tem   an d   r eg u late  th e  en tr y   p r o ce s s   to   th e  m ain   g ate,   b y   ad d   a  W SN  n o tes   ( o r   m o tes)  with   m icr o co n tr o ller   an d   Z ig b ee   X3   co m m u n icatio n   s y s tem s   o r   m id d le - d is tan ce   co m m u n icatio n   an d   r em o te  co n tr o l.  E ac h   o f   wh ich   will  ac t  a s   th e   lead er   o f   th e  g r o u p   ( b ased   o n   th e  f i r s t  in ,   will  tak e  th e  lead er s h ip )   an d   th e  lead er s h ip   th en   tr an s f er r ed   to   th e  last   o u t  b ir d   f r o m   th e  r e m ain in g   s war m .   Ho wev er   to   ac q u ir e  a   m o r e   r ea lis tic  m o d el  f o r   b ir d s   f lo ck   b eh a v io r ,   o th er   f ea tu r es  s h o u ld   b e  em b e d d ed ,   s o m e  o f   th e   h u g e  f ea tu r es  s ee n   in   b ir d s   f lo c k   b eh av io r   ar e  in tr o d u ce d   in   th e  f o llo win g   s ec tio n s .   T h ese  r u les  co u l d   b e   ad d ed   t o   th e   tr an s f er _ b ir d s _ to _ n e x t_ p o s tu r es()   p r o ce d u r e.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  1 6 ,   No .   3 ,  Dece m b er   201 9   :   1 3 7 9   -   1 3 9 1   1386   5 . 1 .       Ac t io n o f   Wind   Curre n t s     PR O C   win d _ cu r r en ts ( B ir d   b )   Vec to r   cu r r e n t   R E T UR N  cu r r en t   E ND  PR O C   T h is   p r o ce d u r e  r et u r n s   th e  v alu e  o f   win d   cu r r en ts   wh ich   is   t h e  s am e  f o r   ev er y   b ir d   with in   th e  f lo ck ;   th er ef o r e  t h e  o v e r all  b ir d s   f lo c k   wo u ld   h av e  th e   id en tical  cu r r en t p u s h in g   ef f ec t.     5 . 2 .       A t t ra ct i o n t o   a   Sp ec if ic  P la ce   o r  T a rg et   PR O C   attr ac t_ to _ p lc( B ir d   b )   Vec to r   p lc   R E T UR N  ( p lc  -   b . p o s )   / 1 0 0   E ND  PR O C   T h is   p r o ce d u r e  tr a n s f er s   th e  b ir d   0 . 0 1 o f   its   way   in   th e  d ir ec tio n   o f   th e  tar g et  at  ea ch   tim e  s tep .   T h is   will e n s u r e  a  s m o o th   r ea c h   to   t h e  tar g et  m ain ly   f o r   d is tan t ta r g ets.         5 . 3 .       L im it a t io n o f   B ird Spe ed   L im itin g   th e  m ag n itu d e  o f   th e   b ir d   s p ee d   g iv es  th e  m o d el  a  r ea lis tic  s en s e,   in   th is   m an n er   th e  b ir d s   wo u ld n ' t  f ly   in   ex ce s s iv e  s p ee d .   I f   th is   lim itatio n   is   n o t  p e r f o r m ed ,   th en   th e  s p ee d   o f   th e   b ir d   m a y   f l u ctu ate,   an d   th e r e  will  b e  a  g o o d   ch a n ce   f o r   th e  b i r d s   to   f ly   in   a  v er y   h ig h   s p ee d .   Actu ally   th e  r ea l  b ir d   ca n ' t  f ly   illo g ically   v er y   f ast.  Fo r   a  lim i tin g   s p ee d   to   v m x   th e   f o llo win g   p r o ce d u r e   m ay   b e  u s ed :   PR O C   lim it_ s p ee d ( B ir d   b )   I n teg er   v m x     I F | b . v el|   >  v m x   T HE N   b . v el  =   ( b . v el  / | b . v el| )   *   v m x   E ND  I F   E ND  PR O C     I n   th is   p r o ce d u r e,   a  u n it  v ec to r   o f   th e  b i r d   s p ee d   was  ca lcu l ated   b y   d iv i d in g   b . v el   b y   its   m ag n itu d e,   n ex t  th e  s p ec if ic  u n it  v ec to r   i s   m u ltip lied   v ia   v m x .   T h e   v el o city   v ec to r   o f   t h e  b ir d   is   n o w  h as  an   eq u i v alen t  o r ien tatio n   in   co m p ar e  with   th e  o r ig in al  v el o city ,   h o wev er   t h e  m ag n itu d e  is   eq u al  to   v m x .   T h e  well - ex p lain ed   p r o ce s s   ab o v e  h av e  to   b e  n am ed   in s id e  tr an s f er   _   b ir d s   _   to   _   n ex t  _   p o s tu r es  ( )   p r o ce d u r e,   an d   it     r ev ea led   b elo w:   b . v el  =  b . v el  +  v el 1   +  v el2   +  v el3   +  v el4   +  . . .   lim it_ s p ee d ( b )   b . p o s   =  b . p o s   +  b . v el     5 . 4 .       L im it a t io n t he  Reg io n  o f   M o v em ent   T o   en f o r ce   th e  b ir d s   f lo c k   to   f ly   with in   a   s p ec if ic  r eg i o n ,   as a n   ex am p le  o n   a   s cr ee n   o f   th e   co m p u ter ,   in s tead   o f   u s in g   an   u n r ea lis tic  m eth o d   b y   u s in g   s p ec if ic  b o u n d ar ies  wh ich   ca u s es  s o m e  s o r t  o f   b o u n cy   f r o m   a  h id d en   b ar r ier s ,   o n e  ca n   u s e  a n o th er   r u le   wh ich   p u s h es  th e   b ir d s   to   f ly   in s id e  r o u g h   co n f i n es.  I n   th is   m an n er   th e  b ir d s   co u ld   f ly   o u t o f   th ese   b o r d e r s ,   b u t th e y   r etu r n   s lo wly ,   with   s m o o th   m o v em e n ts .     PR O C   lim it_ r eg io n ( B ir d   b )   I n teg er   Xm n ,   Xm x ,   Ym n ,   Ym x ,   Z m n ,   Z m x   Vec to r   v   I F b . p o s . x   <   Xm n   T HE N   v . x   =  1 0 0   E L SE  I F b . p o s . x   >  Xm x   T HE N   v . x   =  - 100   E ND  I F   I F b . p o s . y   <   Ym n   T HE N   v . y   =  1 0 0   E L SE  I F b . p o s . y   >  Ym x   T HE N   v . y   =  - 100   E ND  I F   I F b . p o s . z  <  Z m n   T HE N   v . z  =  1 0 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4 7 5 2       R o b o ts   s w a r m  co mmu n ica tio n   co n tr o l b a s ed   o n   b i o lo g ica l  b eh a vio r …  ( Mu s h r eq   A b d u lh u s s a in   S h u r iji )   1387   E L SE  I F b . p o s . z  >  Z m x   T HE N   v . z  =  - 1 0 0   E ND  I F   R E T UR N  v   E ND  PR O C     T h e  v alu e   100   u s ed   in   th is   p r o ce d u r e  is   an y   r o u g h l y   a m o u n t  to   p u s h   th e  b i r d   to   f ly   in   a     s p ec if ic  s p ac e.     5 . 5 .       F lo ck  Sca t t er ing     B asically ,   it  ca n   s ca tter   b ir d s   f lo ck   o r   else  i n ter r u p t  th e   co h er en ce   s itu atio n ,   tak in g   ex a m p le  a  f lo ck   is   s u r p r is ed   u s in g   a  r a u co u s   cl atter .   T h en   th is   m ay   lea d s   to   i n v alid ate  a  p o r tio n   o f   th e   ef f e ct  o f   t h e  b ir d   r u les.   Fo r   ex am p le,   n eg atin g   f ir s t r u l e  ( co llis io n   av o id a n ce )   wo u ld   m er ely   p u s h   th e  b ir d s   to   co llid e  ea ch   o th er .     W h er ea s   n eg atin g   r u le  n o .   2   ( m o v in g   o n   th e  way   to   n eig h b o r ' s   ce n ter )   im p u ls e  a  b ir d   to   f l y   f ar   awa y   f r o m   th e  ce n ter   o f   n eig h b o r s .   Fu r th er m o r e ,   n eg atin g   r u le  n o .   3   ( k ee p in g   th e  v elo city   s im ilar   to   th at  o f   n ea r b y   b ir d s )   m ay   r esu lt  in   an   o s cilla tio n   an d   ch a o tic  m o v em e n ts .   B y   u s in g   r an d o m   m u ltip lier s   with   ea ch   r u le,   o n e   ca n   v ar ies  th e   ef f ec t   o f   th e  r u les  d u r in g   th e   s im u latio n   ti m e.   T h e   m u ltip lier s   co u ld   b e   p u tted   with in   th e   tr an s f er _ b ir d s _ to _ n e x t_ p o s tu r es()   p r o ce d u r e,   as c a n   b e  s ee n   in   th e  f o llo win g   co d e:     PR O C   tr an s f er _ b ir d s _ to _ n ex t _ p o s tu r es()   V ec to r   v el1 ,   v el2 ,   v el 3 ,   v el4 ,   . . .   I n teg er   I 1 ,   I 2 ,   I 3 ,   I 4 ,   . . .   B ir d   b   FOR   E A C H  B I R D  b   ...   v el1   =  I 1   *   r u l1 ( b )   v el2   =  I 2   *   r u l2 ( b )   v el3   =  I 3   *   r u l3 ( b )   v el4   =  I 4   *   r u l4 ( b )   ...   b . v el  =  b . v el  +  v el 1   +  v el2   +  v el3   +  v el4   +  . . .   ...   b . p o s   =  b . p o s   +  b . v el   E ND   E ND  PR O C   I 1   n ee d   to   b e  n eg ativ e  a n d   th e r e  is   n o   n ee d   to   ch a n g e  v el2 ,   v el3 ,   v el4 ,   .   .   .   b y   I s .     5 . 6 .       T endency   t o   be  F a r   f ro m   a   Sp ec if ied P la ce   W h en   th e  b ir d s   f lo ck   is   r eq u ir ed   to   f ly   f ar   f r o m   a   s p ec if ic  l o ca tio n   o r   a   Pre d ato r y   a n im al,   t h en   in   th is   ca s e  ea ch   b ir d   n ee d s   to   f ly   f ar   f r o m   th at  p lace .   T h e  co m p u tatio n s   n ee d ed   h er e  ar e  th e  s am e  as th at  o f   f ly in g   in   th e  d ir ec tio n   o f   th at  p lace ,   wh ich   is   p er f o r m ed   p r ev io u s ly   as   attr ac t_ to _ p lace ;  in   th is   ca s e,   th e  o n ly   d if f e r en ce   is   to   m u ltip ly   th e  v elo city   v e ct o r   b y   a  n eg ativ e   m u ltip lier :       Vec to r   v el   I n teg er   I   B ir d   b   ...   v el  =  -   I   *   attr ac t_ to _ p lace ( b )       6.   P RO P O SE D  CO M M UN I C AT I O N  S CH E M   T h e  co m m u n icatio n   s y s tem   p r o p o s ed   in   th is   p ap er   d o es  n o t  co n s titu te  th e  b asic  s y s tem   o f   co m m u n icatio n   b etwe en   th e  m ain   s tatio n   [ 20 - 2 1 ] ,   th e  c o n t r o l  to wer   an d   th e  f ly in g   p lan e,   b u t  an   ad d itio n al  au to m atic  s y s tem   in   w h ich   ac tiv ated   wh en   th e  air c r af t  lay s   u n d e r   co n d itio n s   o f   t h e  s war m   s y s tem   ( in   b o th   tak eo f f   an d   lan d in g   ca s es).   Fig u r e s   5a   an d   5 b   d escr ib e  th e   m ec h an is m   wh er e   th is   b ac k u p   s y s tem   to   b e  u s e,   it   is   lim ited   to   th e  ap p licatio n   o f   r u les  ( r u le1   an d   r u le 3 )   wer e  m en tio n ed   i n   s ec tio n   I I   b ef o r e.   I t  m ea n s ,   m ain tain in g   s m all  d is tan ce   in t er v als  wh en   th e  ca s e  is   m ass   d ep ar tu r es  ( e g   in   th e  ca s e  o f   f ly in g   tax i)   o r   in   th e   ca s e  o f   m ass   tak e   o f f   ( in   th e  p ar k in g   o f   s im ilar   ap p licatio n s ) .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  1 6 ,   No .   3 ,  Dece m b er   201 9   :   1 3 7 9   -   1 3 9 1   1388       Fig u r e  5 .   ( a )   T h e   m ass   lan d in g ,   ( b )   th e  m ass   tak eo f f   ( p ar k in g )       Fig u r e  6   s h o ws  th e  m ec h a n i s m   o f   lead er s h ip   tr a n s m is s io n   ( wh en   e n ter in g   a n d   ex itin g   th e  ar ea   r ef er r ed   to   in   Fig u r es   3   an d   4 .   T h is   m ec h an is m   d ep en d s   o n   ch an g i n g   th e  to p o lo g y   o f   th e  co m m u n icatio n   n etwo r k   ac co r d in g   to   th e  s tatu s   an d   p r io r ity   o f   en tr y   o f   th e   b ir d   in to   th e  c o m m o n   ar ea   ( en tr y   an d   e x it g ates) .           Fig u r e  6 .   th e   m u ltiu s e  o f   n etwo r k   to p o lo g ies.       Fig u r e  7   s h o ws  th e   p r o p o s ed   d ataf lo w  d ia g r am   to   s o lv e  th is   is s u e.   T h is   s y s tem   s h o u ld   p r e f er ab ly   b e   is o lated   f r o m   th e   b asic  co m m u n icatio n   s y s tem   o f   th e  ai r cr af t,  th at   u s ed   t o   co m m u n ic ate  with   th e  ce n tr al   n etwo r k   in   t h e  co n t r o l to wer s  .   T h ese  s y s tem s   ar e  eq u ip p ed   with   a  m icr o co n tr o ller   with   a  Z ig b ee   co m m u n icatio n   s y s tem   ( s u ch   as  .   T h is   s y s tem   tak es  th e  lead   in   d r iv in g   b y   s im p ly   ap p l y in g   th e  o p e r atin g   c o n d itio n s   ( g ett in g   clo s er   t o   o t h er   f ly in g   o b jects)  an d   th e   d is tan c e  b etwe en   ea ch   o th er   an d   th e  s tar tin g   b ase  s tatio n   T h is   d ata  is   r ea d   an d   ca lcu lates  th e  d is tan ce s   r eq u ir ed   f o r   th e  ap p licatio n   o f   ( r u les  1 ,   2 ,   an d   3 )   ac co r d in g   to   t h e  co o r d in ates  f r o m   th e   air cr af t   GPS  s y s t em ,   W ith   th e  aid   o f   t h ese  d ata,   t h e  lead er   p ilo t  will  s en d   th e  in s tr u ctio n s   to   t h e  o th er   m em b er s   o f   s war m   ( to   p r ev en t  co llis io n s   o r   cr itica l  clo s e  am o n g   t h e  m em b er s ) ,   wh ich   lead   to   th e  o r g an ize  o f   th e   p r o ce s s   o f   en tr y   a n d   ex it  d u r in g   th e   m ass   tak eo f f   an d     lan d in g   o p er atio n s  .       7.   SI M UL A T I O N  R E S UL T S   AND  DIS CUSS I O N    T h e  s u g g ested   b ir d   f lo ck i n g   alg o r ith m   was  s im u lated   ef f ec tiv ely   in   MA T L AB .   Mo r eo v er ,   t h e  g en u in e  b io lo g ical  m o d el  im p lem en tatio n   was  p o s itiv ely   co m p leted   in   3 - D  d is tr ib u tio n   s p ac e.   T h e  s im u latio n   h as  r ev ea led   s u p p o s in g   th e  f o llo win g ;  a  b ir d   o f   len g th   1 5   c m ,   n u m b er   o f   b ir d s   in   f lo ck   is   3 0 ,   av e r ag e  lin ea r   v elo city   o f   b ir d   is   4   m /s   an d   av er ag e  an g u lar   v elo city   o f   b ir d   is   1 0 0   º /s .   I n   ad d ito n ,   a ll  b ir d s   f ly   in   th e  d ir ec tio n   o f   th e  p r ed ictab le   t ar g et  ( r ed   h o llo w  cir cle)   as  we  p o in ted   o u t  p r ev io u s ly .   T h e  r esu lts   o f   th e  p r o p o s ed   s im u latio n   p r o g r am   is   s h o ws  a  v er y   p r o m is in g   a n d   wis h ed - f o r   m o v em e n ts   ( s elf - o r g n is ed )   an d   it  illu s tr ated   in   Fig u er s   5 ,   6   an d   7 .     In b o u n d O u tb o u n d T T Fi r s t  IN   M a k e  th e  m i m i c   o f   l e a d e r l es s   L a s t  O u t K eep   th e  m i m i c   o f   l e a d e r l es s   1 2 4 3 5 6 6 5 4 3 2 1   L e ad e r  b i r d   ( m as t e r ) Rou t e r  B i r d Cli e n t  B i r d   ( S l ave ) B i r d  ou t  of  c ovar age S t ar  L i n k M e s h  L i n k Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.