This paper investigates the control of multi-agent systems inspired by chemotaxis of microorganisms. Chemotaxis is a biological phenomenon wherein organisms in an environment are attracted to food but move away from toxins. The problem addressed here is a formation control problem, i.e., a design problem of distributed controllers wherein the relative positions of agents become the desired positions with the progression of time. To solve this problem, we introduce a performance index that quantifies the achieved degree of a desired formation, and decompose it into local indices that can be embedded in the distributed controllers. Based on this, we propose formation controllers inspired by chemotaxis of Escherichia coli ( E. coli ), where each agent moves with the aim of increasing the corresponding local performance index using the chemotaxis controller of E. coli . In addition, to improve the accuracy of the resulting formation, we present Paramecium caudatum ( P. caudatum )-type formation controllers by replacing the chemotaxis controller of E. coli used above with that of P. caudatum . The effectiveness is demonstrated by a comparison with the E. coli -type formation controllers via numerical simulation. This result implies that various chemotaxis controllers can be used in our method and the performance of the resulting controllers can be improved by choosing an appropriate chemotaxis controller.

中文翻译：

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多智能体协调的趋化控制：两种趋化控制器的编队控制

本文研究了受微生物趋化性启发的多代理系统的控制。趋化性是一种生物现象，其中环境中的生物体被食物吸引但远离毒素。这里解决的问题是编队控制问题，即分布式控制器的设计问题，其中代理的相对位置随着时间的推移变成期望的位置。为了解决这个问题，我们引入了一个性能指标来量化所需编队的达到程度，并将其分解为可以嵌入分布式控制器的局部指标。基于此，我们提出了受大肠杆菌（E.coli）趋化性启发的形成控制器，其中每个代理移动的目的是使用大肠杆菌的趋化控制器增加相应的局部性能指数。此外，为了提高所得地层的准确性，我们通过用 P. caudatum 替换上面使用的大肠杆菌趋化性控制器来提出草履虫 ( P. caudatum ) 型地层控制器。通过数值模拟与大肠杆菌型地层控制器进行比较，证明了有效性。该结果意味着可以在我们的方法中使用各种趋化控制器，并且可以通过选择合适的趋化控制器来提高所得控制器的性能。caudatum ) 型形成控制器通过用 P. caudatum 替换上面使用的大肠杆菌的趋化控制器。通过数值模拟与大肠杆菌型地层控制器进行比较，证明了有效性。该结果意味着可以在我们的方法中使用各种趋化控制器，并且可以通过选择合适的趋化控制器来提高所得控制器的性能。caudatum ) 型形成控制器通过用 P. caudatum 替换上面使用的大肠杆菌的趋化控制器。通过数值模拟与大肠杆菌型地层控制器进行比较，证明了有效性。该结果意味着可以在我们的方法中使用各种趋化控制器，并且可以通过选择合适的趋化控制器来提高所得控制器的性能。