Esta semana en la ciencia 14|34

Portada Semana Ciencia 1434

  • Inteligencia colectiva en los enjambres robóticos

“… usando como inspiración el desarrollo multicelular, muchos grupos han desarrollado robots “celulares” auto-ensamblables que se pueden configurar en muchas morfologías para completar tareas de agarre o locomoción, o que pueden funcionar como “materia programable” que puede ensamblarse rápidamente en la forma de una herramienta especificada por el usuario, como una llave por ejemplo.”

Semana -1434 - 0 BivouacEs frecuente encontrar en la naturaleza ejemplos de auto-ensamble, desde el nivel molecular hasta la construcción de complejas estructuras formadas por millares de individuos de una especie. Una característica singular de estas formaciones es que se logran por medio de la interacción local de los individuos, es decir, que la comunicación se da sólo con los elementos más cercanos y no a nivel del total de la comunidad; de esta manera no sólo se forman moléculas y cristales, sino también estructuras como balsas, cadenas y nidos, como los bivouacs de las hormigas (1). Mediante la creación colectiva de formas, una especie puede cambiar dramáticamente su relación con el entorno; por ejemplo, la evolución de organismos multicelulares les permitió ocupar rápidamente muchos nichos ecológicos y el autoensamble de puentes y bivouacs posibilita que las colonias de hormigas atraviesen terrenos escabrosos al tiempo que proveen de seguridad y estabilidad ambiental a la reina y su prole. Sobre la base de estas muestras de inteligencia colectiva, muchas líneas de investigación en diversas disciplinas, se han enfocado en el desarrollo de robots autónomos capaces de comunicarse con sus pares y construir formas en conjunto.

[Imagen: Mike Rubenstein et al. - 10.1126/science.1254295]
[Imagen: Mike Rubenstein et al. – 10.1126/science.1254295]

En robótica, la naturaleza ha inspirado a los investigadores a crear sistemas artificiales con capacidades observadas en los enjambres naturales. Inspirados en hormigas y abejas, se han diseñado robots diminutos con la expectativa de que sean capaces de trabajar juntos en grandes grupos para formar ensambles que les permitan atravesar terrenos difíciles. Asimismo, usando como inspiración el desarrollo multicelular, muchos grupos han desarrollado robots “celulares” auto-ensamblables que se pueden configurar en muchas morfologías para completar tareas de agarre o locomoción, o que pueden funcionar como “materia programable” que puede ensamblarse rápidamente en la forma de una herramienta especificada por el usuario, como una llave por ejemplo. Sin embargo existe aún una gran brecha entre los diseños conceptuales y los sistemas realizados. Dificultades técnicas y teóricas para la construcción de robots y la programación, hacen que sean dos los retos principales a vencer: disminuir el tamaño de los robots e incrementar su número y por tanto el tamaño del sistema. Los sistemas actuales tienen alrededor de 50 robots, con pocas excepciones que alcanzan 100.

En un artículo publicado esta semana en la revista Science, Michael Rubenstein, Alejandro Cornejo y Radhika Nagpal, de la Universidad de Harvard, presentan el desarrollo de un sistema compuesto por poco más de 1 000 robots, con la capacidad de crear formas complejas preprogramadas, mediante la comunicación local de cada unidad con sus vecinos. Cada unidad robótica, que ha sido denominada “kilobot”, cuenta con un microprocesador, un sistema de locomoción autónoma y un sistema de comunicación vía infrarrojo, que le permite comunicarse con otros en un rango de hasta 10 cm, lo que equivale al triple del diámetro de cada robot. El enjambre es capaz de autoensamblar formas complejas bidimensionales flexibles a gran escala, utilizando solamente interacciones locales, lo cual es considerado como un comportamiento colectivo altamente complejo.

[Imagen: Mike Rubenstein et al. - 10.1126/science.1254295]
[Imagen: Mike Rubenstein et al. – 10.1126/science.1254295]

Los investigadores comentan que su sistema robótico muestra las habilidades observadas en los colectivos naturales y que esta línea de trabajo contribuye al avance de las investigaciones para el desarrollo de algoritmos colectivos, capaces de lograr un entrelazamiento físico en estructuras estables, la detección de fallos internos en sus unidades, así como la recuperación ante daños provocados por elementos exógenos.


1) Un bivouac es una estructura formada por colonias de hormigas. En ellas, el material de construcción son los propios cuerpos de las hormigas y son utilizadas para proteger a la reina y las larvas. Al momento de migrar, la estructura es desmantelada para ser construida en un nuevo emplazamiento. Mediante el entrelazamiento de patas y cuerpos, hasta 700 mil hormigas pueden cubrir y proteger a la reina dentro de una masa que puede medir hasta un metro de diámetro.


Con información del artículo publicado en la revista Science 6198, el 15 de agosto de 2014.

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