Over three decades of scientific endeavors to realize programmable matter, a substance that can change its physical properties based on user input or responses to its environment, there have been many advances in both the engineering of modular robotic systems and the corresponding algorithmic theory of collective behavior. However, while the design of modular robots routinely addresses the challenges of realistic three-dimensional (3D) space, algorithmic theory remains largely focused on 2D abstractions such as planes and planar graphs. In this work, we present the 3D geometric space variant for the well-established amoebot model of programmable matter, using the face-centered cubic (FCC) lattice to represent space and define local spatial orientations. We then give a distributed algorithm for the classical problem of leader election that can be applied to 2D or 3D geometric amoebot systems, proving that it deterministically elects exactly one leader in $\mathcal{O}(n)$ rounds under an unfair sequential adversary, where $n$ is the number of amoebots in the system. We conclude by demonstrating how this algorithm can be transformed using the concurrency control framework for amoebot algorithms (DISC 2021) to obtain the first known amoebot algorithm, both in 2D and 3D space, to solve leader election under an unfair asynchronous adversary.


翻译:30多年来,为实现可编程物质这一可以根据用户投入或环境反应改变其物理特性的物质,在设计模块式机器人系统和相应的集体行为算法理论方面都取得了许多进展。然而,虽然模块式机器人的设计通常解决现实的三维(3D)空间的挑战,但算法理论仍然主要侧重于2D抽象学,如飞机和平面图。在这项工作中,我们展示了3D几何空间变异,用于成熟的可编程材料的模拟模型,使用面中立方体(FCC)拉蒂(FCC)代表空间和界定当地空间方向。我们随后为传统的领导人选举问题提供了分布式算法,可适用于2D或3D的几何度相位超博特系统,证明它确切地选择了$mathcal{O}(n)在不公平的顺序对等对称中,美元是系统中的阿美博博特数。我们通过演示这一算法如何将已知的2Dal-C的货币对等方算算法框架转换为A。

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