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15 marzo 2018

Enjambres de minirrobots: de la ciencia ficción a objetivo de la robótica

Dispositivos | Innovación | Machine learning | Nanotecnología | Robótica
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En el año 2002 Michael Crichton escribía Presa, una novela de ciencia ficción en la que una corporación fabricaba en una instalación secreta, en medio del desierto de Nevada, un enjambre de nanorrobots con autonomía y capacidad para autoorganizarse. Una obra que a día de hoy ha adquirido tintes premonitorios a la vista de las últimas investigaciones y avances en el campo de la robótica. Algunos equipos, como un grupo de ingenieros de la Universidad de Cornell, han comenzado a diseñar y programar microrrobots para que se comporten como un enjambre de insectos con autonomía.

Varios grupos de robótica de todo el mundo se afanan en el desarrollo de enjambres de robots. Crédito: Farshadarvin

A los lectores de Presa les resultará tan familiares como poco tranquilizadores algunos de estos últimos logros alcanzados en tecnología robótica y el escenario al que parecen conducir. Vicente Matellán Olivera, del grupo de Robótica del Departamento de Ingeniería Mecánica, informática y Aeroespacial de la Universidad de León, ha hecho para OpenMind un análisis que refleja los paralelismos entre la ficción de Michael Crichton y la realidad.

“-Ese enjambre es un conjunto de máquinas microrrobóticas. ¿De dónde sacan la energía?

-Construimos las unidades con una lámina piezoeléctrica para generar corriente a partir de fotones.

-Así que las unidades funcionan con energía solar.

-Exacto”.

Al igual que en el libro, en el momento actual varios grupos de robótica de todo el mundo se afanan en el desarrollo de enjambres: agrupaciones de pequeños robots que se comportan e interactúan como un enjambre de insectos. En esta dirección está trabajando el equipo de ingenieros del Harvard Microrobotics Laboratory que ha creado el robobee. Presentada en sociedad en 2013, la primera versión de este diminuto robot volador inspirado en los insectos pesaba apenas 80 miligramos de peso y contaba una envergadura de 3 cm. Estaba dotado de sensores de visión y de movimiento y dependía de una fuente de energía central. Sin embargo, a finales de 2017 se presentó una evolución, el robobee hibrido, de 175 mg, con capacidad para volar, navegar bajo el agua y  con autonomía, ya que incorpora una lámina piezoeléctrica que convierte el agua en oxihidrógeno y que actúa como combustible. El objetivo de sus creadores es que en un futuro a corto plazo estos robobees puedan llevar a cabo misiones de reconocimiento búsqueda y rescate, así como de monitorización medioambiental.

El nuevo e híbrido RoboBee puede volar, sumergirse en el agua, nadar, salir del agua y aterrizar con seguridad. Crédito: Image courtesy of Yufeng Chen/Harvard SEAS

“El principal problema de los robots mecatrónicos es la fuente de energía –aclara Matellán-. Pero podemos pensar en enjambres que se encarguen de realizar tareas simples y repetitivas: aplicar tratamientos a plantas una a una, tomar muestras en grandes superficies o monitorizar volcanes, por ejemplo”.

Organizarse e interactuar entre ellos

“…Técnicamente se define mediante el término “comportamiento emergente” a la conducta que tiene lugar en un grupo pero no está programada en ningún miembro del grupo. El comportamiento emergente puede producirse en cualquier población, incluida una población informática. O una población robotizada. O un nanoenjambre.

Los agentes individuales -en este caso auténticos microrrobots- podían programarse para cooperar bajo ciertas circunstancias. Era posible asignarles objetivos. Pero el resultado de estas interacciones no podía programarse; simplemente surgía, a menudo con consecuencias sorprendentes. Por primera vez, un programa producía resultados que el programador no podía predecir en absoluto”.

El objetivo del Laboratory for Intelligent Systems and Controls (LISC) de la Universidad de Cornell es desarrollar sistemas de programación para que los robots presenten un comportamiento lo más parecido al de los seres vivos: que sean capaces de adaptarse en tiempo real a través de la experiencia y a organizarse e interactuar entre ellos. En este laboratorio se centran en el desarrollo y evolución de los denominados chips neuromórficos, que en lugar de procesar código binario, procesan los pulsos transmitidos por una señal eléctrica, similar a la señal mediante la cual se establece la comunicación neuronal en el cerebro.

Magnus Egerstedt explica cómo se eligió el nombre de robotarium y hace una demostración de los robots. Crédito: Georgia Tech

“En los enjambres de insectos o en las bandadas de pájaros hay un conjunto muy reducido de reglas que producen la impresión de comportamiento inteligente. Los experimentos con enjambres de robots van en esa línea: se han probado reglas de autoorganización de inspiración biológica que son muy eficientes para explorar el entorno, navegar, etc. Además, si un robot se estropea o falla, el resto se reconfigura en base a esas reglas simples.” explica Vicente Matellán.

Un laboratorio de robótica disponible para todos

“-Eso es sólo un grupo de microrrobots. Puede obligársele a hacer lo que se quiera. Si el programa falla debe ajustarse ¿Qué es lo que se me escapa?

-No podemos controlarlo.

-Así que tenéis un enjambre fuera de control.

-Sí.

-Actuando autónomamente.

-Si”

Finalmente, están iniciativas como el Robotarium, el terrario de robots del Instituto de Tecnología de Georgia (EE.UU). Se trata de un laboratorio de robótica integrado por un enjambre de docenas de pequeños robots que se pueden controlar de forma remota y que se ha puesto a disposición de todo el mundo. Cualquiera puede presentar su proyecto en la web de la universidad y, si es aprobado, ponerlo a prueba escribiendo su código de programación para estudiar cómo se comporta el enjambre robótico.

A juicio de Vicente Matellán, “un proyecto de lo más educativo. Nada mejor que cualquiera pueda interactuar con un sistema real para contrarrestar ideas reflejadas en las obras de ciencia ficción”.

-¿Tú qué opinas?

-Tenéis un nanoenjambre robótico en fuga que algún idiota ha dotado de autoabastecimiento de energía y autonomía. Y el enjambre presenta un comportamiento autorganizativo”.

La pregunta surge de forma inevitable: ¿conducirán las investigaciones actuales en robótica a un desenlace similar al de la novela? (Atención, spoiler). En la misma, el enjambre de nanorrobots fuera de control se vuelve contra sus creadores, obligando a una intervención del ejército a fin de contenerlo.

Un desenlace que a juicio de Vicente Matellán “a día de hoy no es real. El quid de la cuestión está en el concepto de autoorganización. Las actuales redes neuronales son métodos interactivos de optimización de parámetros. Pensar que de ellas puede surgir una consciencia es lo mismo que pensar que tirando un camión de piedras pueda aparecer una catedral”.

Miguel Barral

@migbarral

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