Conoce a los robots "enjambre" y su trabajo cooperativo

Ingenieros en EE.UU. construyeron un enjambre de más de 1.000 pequeños robots que pueden alinearse en distintas formas.

Y los científicos de todo el mundo aseguran que es una hazaña para el desarrollo de la ingeniería de enjambre y la robótica.

PEQUEÑOS OBREROS

Los robots, de 3 cm de ancho, son idénticos entre sí. A ellos se les da una imagen de la forma deseada, y luego trabajan juntos para realizarla.

Pueden tardar hasta 12 horas, pero el resultado es la mayor figura de robots jamás construida de esta manera.

Inspirado por ejemplos biológicos, como las células que forman los órganos o las hormigas que construyen puentes, el trabajo podría ayudar a desarrollar herramientas y estructuras de autoensamblaje.

“Cada robot es idéntico y les damos a todos el mismo programa,” explicó Michael Rubenstein, autor principal del estudio, que se publica en la revista Science.

“Lo único que tienen que seguir, para tomar decisiones, es lo que hacen sus vecinos”.

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Rubenstein y sus colegas de la Universidad de Harvard los apodaron los “kilobots” y construyeron 1.024 de ellos de una vez, el mismo número que los bytes en un kilobyte.

Cada kilobot arrastra tres patas delgadas rectas, una solución más barata que las ruedas. Y el espacio donde trabajan es un gran cuadrado de madera, del tamaño de una mesa de billar, el que termina en bordes especiales para que no se salgan del contorno.

LUCES PARPADEANTES

Al inicio del experimento, la multitud de kilobots se agrupa junta en un lado.

Por encima cuelga una luz infrarroja, que puede comunicarse con el enjambre gracias a un sensor de infrarrojos situado en la parte inferior de cada robot.

Esa luz sólo envía un comando: “anda”.

Cuando eso sucede, todos los robots inician su programa. El mismo programa para todos.

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En primer lugar se iniciará una selección aleatoria. Los que estén en condiciones de avanzar, avanzan poco a poco, lentamente alrededor de la mesa y hacen parpadear sus propias luces infrarrojas para transmitir información a los demás kilobots cerca.

Para saber cómo iniciar la forma para la que han sido programados, cuatro robots “semilla” son colocados en la posición adecuada por uno de los científicos. Estos robots dan comienzo a un sistema de coordenadas, que se propaga por el enjambre a través de esas luces infrarrojas, rebotando a través de la mesa desde cualquier robot que transmite a cualquiera que “escucha”, dentro de 10 cm.

“Cada robot mira su estado actual, o sea, se pregunta qué he hecho en el pasado.

Y también mira lo que sus vecinos están haciendo, basado en la comunicación. Así, toma sus propias decisiones“, le dice Rubenstein a la BBC.

“Al ejecutar este programa idéntico, todos los robots son capaces de hacer turnos para unirse a la forma”.

PUNTO DE INFLEXIÓN

Las aplicaciones potenciales van mucho más allá de realizar formas en una mesa muy grande y muy lentamente.

“Vamos a ver un gran número de robots trabajando juntos cada vez más seguido”, comenta Radhika Nagpal, quien dirige el laboratorio donde se realizaron los experimentos. “Ya sea cientos de robots cooperando en la limpieza ambiental o en la rápida respuesta a un desastre, o millones de vehículos autoconducidos en nuestras carreteras (…) La comprensión de cómo diseñar 'buenos' sistemas a esa escala será fundamental”, agrega.

Y sus pares de otros puntos del globo reconocen el hito. “La realización de un auto ensamblaje con un enjambre de 1.000 robots es una hazaña notable”, asegura Sabine Hauert, profesora de robótica de la Universidad de Bristol.

Según la académica, el estudio muestra que estamos llegando a un “punto de inflexión” en la ingeniería de enjambre, donde la informática y el hardware pueden fusionarse en grandes experimentos como estos.

Roderich Gross, ingeniero en robótica de la Universidad de Sheffield, dice sin vergüenza que es un admirador del experimento: su laboratorio ha adquirido 900 de los robots, para ejecutar sus propias pruebas.

“El sistema kilobots de Harvard no sólo es el más grande enjambre de robots en el mundo, sino también un excelente banco de pruebas que nos permite validar algoritmos distribuidos en la práctica”, cuenta.

“Los enjambres kilobot son capaces de alcanzar una forma arbitraria. Esto va mucho más allá de hacer arte con la robótica, porque el algoritmo hace frente a un gran número de robots, incluso en presencia de fallas”.

William Harwin, profesor de cibernética de la Universidad de Reading, destaca la escala del proyecto y la mano de obra involucrada. “Lo más impresionante es que construyeron 1.000 robots”, dice.

Encontrar la manera de transferir este tipo de nueva tecnología rápidamente a la línea de producción es el gran desafío, según Hardwin.

CURSO LENTO

Individualmente, los kilobots tienen capacidades muy limitadas y también cometen errores.

Pero el algoritmo hecho especialmente para regir su comportamiento es capaz de superar estas limitaciones.

Para el diseño de su enjambre robótico, los investigadores se inspiraron particularmente en las hormigas.

Masas de hormigas guerreras, explica Rubenstein, también producen estructuras que desafían las limitaciones de un individuo de seis patas.

“Las estructuras que forman las hormigas son relativamente diferentes a la estructura que hemos sido capaces de formar, pero es el mismo tipo de principio”, dijo.

Todo el proceso consume una increíble cantidad de tiempo.

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Rubenstein dice que no ha querido sacar los robots para mostrarlos, ni siquiera los ordena cuando terminan. “Simplemente los dejamos sentados en la mesa Se necesitaría un par de horas para empacarlos en una caja”.

Incluso, ver las imágenes programadas tomar forma toma entre seis y 12 horas. Una actividad bastante poco interesante para las masas de espectadores.

“No es muy emocionante”, dice Rubenstein, quien en general se queda rondando alrededor, para tomar notas en caso de un percance. “En realidad, ver el experimento en vivo es como mirar pintura seca”.

No obstante, los kilobots han atraído un interés considerable desde que el primer equipo de ellos se dio a conocer en una conferencia en 2012. Todo el código con que trabajan es de código abierto, y una empresa está vendiendo los robots por unos US$100 cada uno.