Investigadores crean un nuevo robot compuesto de muchas partículas simples sin control centralizado

Los investigadores han demostrado por primera vez una forma de hacer un robot compuesto de muchos componentes o "partículas" débilmente acoplados. A diferencia de los robots modulares o enjambres, cada componente es simple y no tiene una dirección o identidad individual. En su sistema, que los investigadores llaman un 'robot de partículas', cada partícula puede realizar solo oscilaciones volumétricas uniformes (ligeramente expandiéndose y contrayéndose), pero no puede moverse independientemente.

El concepto de "goo gris", un robot compuesto por miles de millones de nanopartículas, ha fascinado a los fanáticos de la ciencia ficción durante décadas, pero la mayoría de los investigadores lo han descartado como una teoría descabellada.

Los robots actuales suelen ser entidades autocontenidas hechas de subcomponentes interdependientes, cada uno con una función específica. Si una parte falla, el robot deja de funcionar. En los enjambres robóticos, cada robot es una máquina que funciona independientemente.

En un nuevo estudio publicado en Nature, los investigadores de Columbia Engineering y MIT Computer Science & Artificial Intelligence Lab (CSAIL), demuestran por primera vez una forma de hacer un robot compuesto de muchos componentes o "partículas" débilmente acoplados. A diferencia de los robots modulares o enjambres, cada componente es simple y no tiene una dirección o identidad individual. En su sistema, que los investigadores llaman un "robot de partículas", cada partícula puede realizar solo oscilaciones volumétricas uniformes (ligeramente expandiéndose y contrayéndose), pero no puede moverse independientemente.

El equipo, dirigido por Hod Lipson, profesor de ingeniería mecánica en Columbia Engineering, y la Directora de CSAIL Daniela Rus, descubrió que cuando agrupaban miles de estas partículas en un grupo "pegajoso" y las hacían oscilar en reacción a una fuente de luz, el Todo el robot de partículas comenzó lentamente a avanzar, hacia la luz.

"Puede pensar en nuestro nuevo robot como el proverbial "Grey Goo", dice Lipson. "Nuestro robot no tiene un punto único de falla ni control centralizado. Todavía es bastante primitivo, pero ahora sabemos que este paradigma fundamental del robot es realmente posible. Pensamos que incluso puede explicar cómo los grupos de células pueden moverse juntas, a pesar de que las células individuales no pueden".

Los investigadores han estado construyendo robots autónomos durante más de un siglo, pero han sido máquinas no biológicas que no pueden crecer, curarse o recuperarse de daños. El equipo de Columbia Engineering / MIT se ha centrado en el desarrollo de robots robustos y escalables que pueden funcionar incluso cuando fallan componentes individuales.

"Hemos estado tratando de replantearnos fundamentalmente nuestro enfoque de la robótica, para descubrir si hay una manera de hacer que los robots sean diferentes", dice Lipson, quien dirige el laboratorio de Máquinas Creativas. "No solo hace que un robot se vea como una criatura biológica, sino que en realidad lo construye como un sistema biológico, para crear algo que es vasto en complejidad y habilidades, pero compuesto de partes fundamentalmente simples".

Rus, que también es Andrew (1956) y Erna Viterbi, profesora de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en el MIT, agrega: "Todas las criaturas en la naturaleza están hechas de células que se combinan de diferentes maneras para hacer organismos. En el desarrollo de robots de partículas, la pregunta preguntamos si podemos tener celdas robóticas que se puedan componer de diferentes maneras para hacer diferentes robots. El robot podría tener la mejor forma requerida por la tarea: una serpiente que se arrastre a través de un túnel o una máquina de tres manos para una fábrica. Incluso podríamos darles a estos robots de partículas la capacidad de fabricarse. Supongamos, por ejemplo, que un robot necesita un destornillador de la mesa: el destornillador está demasiado lejos para alcanzarlo,  ¿qué pasaría si el robot pudiera reorganizar sus celdas para hacer crecer un brazo extra largo? A medida que cambian sus objetivos, su cuerpo también puede cambiar".

El equipo, trabajando con Chuck Hoberman en el Instituto Wyss de Harvard y otros investigadores en Cornell, usó muchos componentes idénticos, o partículas, que podrían realizar un movimiento simple como la expansión y la contracción. En las simulaciones, demostraron robots que comprenden 100.000 partículas. Experimentalmente, demostraron un sistema que comprende dos docenas de partículas.

"Las partículas más cercanas a la fuente de luz experimentan una luz más brillante y, por lo tanto, comienzan su ciclo más temprano", explica Shuguang Li, coautor del artículo que realizó los experimentos físicos. Continúa Li, quien fue becario postdoctoral en el antiguo laboratorio de Lipson en Cornell y actualmente es postdoctorado con Rus en CSAIL. "Ese movimiento crea una especie de onda en todo el cúmulo, desde las más cercanas a la luz a las que están más lejos, y esa onda hace que todo el cúmulo se mueva hacia la luz. El movimiento hacia la luz crea un movimiento global, aunque el individuo las partículas no pueden moverse independientemente ".

Modelando este comportamiento en simulaciones, exploraron la evitación de obstáculos y el transporte de objetos a escalas mayores, con cientos y miles de partículas. También pudieron demostrar la resistencia de su paradigma de robot de partículas tanto a componentes ruidosos como a fallas individuales.

"Descubrimos que nuestros robots de partículas mantenían aproximadamente la mitad de su velocidad de funcionamiento incluso cuando el 20 por ciento de las partículas están muertas", dice Richa Batra, coautora del periódico y estudiante de doctorado de Lipson que dirigió los estudios de simulación.

El equipo ya está probando su sistema con un mayor número de partículas de escala cm. También están explorando otras formas de robots de partículas, como las microesferas vibrantes.  @mundiario