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1 de Junio de 2019
Ingeniería

Enjambres robóticos inspirados en la biología

Consiguen que un ejército de «células robóticas» sea capaz de ejecutar tareas colectivas sin tener que ejercer sobre él ningún tipo de control centralizado.

Robots-partícula: El movimiento aleatorio de estas unidades robóticas simples, desarrolladas por el Instituto de Tecnología de Massachusetts y otras instituciones, conduce a una dinámica de grupo determinista que les permite transportar objetos, avanzar hacia la luz y evitar obstáculos. [FELICE FRANKEL/INSTITUTO DE TECNOLOGÍA DE MASSACHUSETTS; CC BY-NC-ND 3.0 (creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/legalcode)]

En los sistemas biológicos, el comportamiento colectivo a gran escala puede emerger a partir de la coordinación de pequeños componentes individuales que se mueven de manera aleatoria. Así ocurre con las células que se agrupan y migran de forma conjunta durante la curación de una herida o en la propagación de un cáncer. Inspirados por estos mecanismos biológicos, el ingeniero Shuguang Li, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, y otros investigadores han diseñado un sistema robótico colectivo que exhibe una locomoción determinista como consecuencia del desplazamiento aleatorio de sus componentes individuales. El resultado demuestra el potencial de los métodos estocásticos para lograr comportamientos colectivos robustos.

En el sistema descrito por Li y sus colaboradores, las «células» son robots con forma de disco débilmente acoplados entre sí. No pueden moverse con independencia unos de otros ni ser manipulados individualmente. Cada disco solo puede hacer dos cosas: expandirse o contraerse (cada robot mide 15,5 centímetros de diámetro en el estado contraído y 23,5 al expandirse). En ausencia de un estímulo externo, el sistema se desplaza al azar. Sin embargo, cuando los componentes se programan para ajustar su diámetro en respuesta a una señal ambiental variable, como la luz, surge una locomoción coordinada que hace que el conjunto avance hacia la fuente del estímulo.

Los autores han realizado experimentos con sistemas de varias decenas de robots así como simulaciones informáticas con conjuntos de hasta 100.000 unidades. Su trabajo demuestra que el sistema puede moverse y transportar objetos, avanzar hacia una fuente de luz y evitar obstáculos. Por último, esa dinámica se mantiene incluso cuando el 20 por ciento de los componentes no funciona como debería, lo que pone de relieve la robustez del comportamiento colectivo frente a fallos en los elementos individuales.


Alternativa prometedora

Hasta ahora, la mayoría de los estudios de este tipo habían considerado componentes basados en diseños deterministas relativamente complejos, con capacidad de moverse independientemente unos de otros y con la posibilidad de manipularlos de manera individual. Buena parte de esos sistemas presentan una flexibilidad limitada en términos de las configuraciones permitidas y de su escalabilidad. Además, requieren cierto grado de control centralizado, lo cual restringe aún más sus capacidades y la posibilidad de variar la escala del sistema.

En este sentido, la «robótica de partículas» de Li y sus colaboradores proporciona una alternativa prometedora. Aparte de inspirarse en los sistemas biológicos, la técnica se sirve de los fenómenos típicos de la física estadística, donde el comportamiento global de un gran número de elementos estocásticos puede modelizarse y controlarse sin necesidad de detallar la trayectoria de cada partícula. Como consecuencia, este nuevo enfoque ofrece ventajas sustanciales, en especial cuando se aumenta el número de componentes o se reduce el tamaño de cada uno. Esto último será necesario en las futuras aplicaciones de estos sistemas a áreas tan diversas como la exploración, la construcción o la medicina.

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