ROBOTS SUBMARINOS
Los bancos de peces exhiben comportamientos complejos y sincronizados que los ayudan a encontrar alimento, migrar y evadir a los depredadores. Ningún pez o equipo de peces coordina estos movimientos ni los peces se comunican entre sí sobre qué hacer a continuación. Más bien, estos comportamientos colectivos surgen de la llamada coordinación implícita: los peces individuales toman decisiones basadas en lo que ven hacer a sus vecinos.
Este tipo de autoorganización y coordinación descentralizadas y autónomas ha fascinado durante mucho tiempo a los científicos, especialmente en el campo de la robótica.
Ahora, un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson y el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica han desarrollado robots submarinos inspirados en peces que pueden sincronizar sus movimientos como un banco real de peces, sin ningún tipo de control externo. Es la primera vez que los investigadores han demostrado comportamientos colectivos 3D complejos con coordinación implícita en robots submarinos.
«Los robots submarinos a menudo se despliegan en áreas que son inaccesibles o peligrosas para los humanos, áreas donde la intervención humana podría ni siquiera ser posible», dijo Florian Berlinger, candidato a doctorado en SEAS y Wyss y primer autor del artículo.
«En estas situaciones, realmente te beneficia tener un enjambre de robots altamente autónomos que sea autosuficiente. Mediante el uso de reglas implícitas y percepción visual en 3D, pudimos crear un sistema que tiene un alto grado de autonomía y flexibilidad bajo el agua donde las cosas como GPS y WiFi no son accesibles «.
La investigación se publica en Science Robotics.
El enjambre robótico inspirado en peces, apodado Blueswarm, fue creado en el laboratorio de Radhika Nagpal, profesora Fred Kavli de Ciencias de la Computación en SEAS y miembro asociado de la facultad en el Instituto Wyss. El laboratorio de Nagpal es pionero en sistemas autoorganizados, desde su enjambre de 1.000 robots Kilobot hasta su equipo de construcción robótica inspirado en las termitas.
Sin embargo, la mayoría de los enjambres robóticos anteriores operaban en un espacio bidimensional. Los espacios tridimensionales, como el aire y el agua, plantean importantes desafíos para la detección y la locomoción.
Para superar estos desafíos, los investigadores desarrollaron un sistema de coordinación basado en la visión de sus robots de peces basado en luces LED azules. Cada robot submarino, llamado Bluebot, está equipado con dos cámaras y tres luces LED.
Las cámaras a bordo con lente de pez detectan los LED de Bluebots vecinos y utilizan un algoritmo personalizado para determinar su distancia, dirección y rumbo. Basándose en la simple producción y detección de luz LED, los investigadores demostraron que el Blueswarm podría exhibir comportamientos complejos autoorganizados, incluida la agregación, la dispersión y la formación de círculos.
«Cada Bluebot de los robots submarinos reaccionan implícitamente a las posiciones de sus vecinos», dijo Berlinger. «Entonces, si queremos que los robots se agreguen, entonces cada Bluebot robots submarinos calculará la posición de cada uno de sus vecinos y se moverá hacia el centro. Si queremos que los robots submarinos se dispersen, los Bluebots harán lo contrario.
Si queremos que naden como una escuela en un círculo, están programados para seguir las luces directamente frente a ellos en el sentido de las agujas del reloj».
Los investigadores también simularon una misión de búsqueda simple con una luz roja en el tanque. Usando el algoritmo de dispersión, los robots submarinos se esparcen por el tanque hasta que uno se acerca lo suficiente a la fuente de luz para detectarlo.
Una vez que el robot detecta la luz, sus LED comienzan a parpadear, lo que activa el algoritmo de agregación en el resto de la escuela. A partir de ahí, todos los robots submarinos se agrupan alrededor del robot de señalización.
«Nuestros resultados con Blueswarm representan un hito significativo en la investigación de comportamientos colectivos autoorganizados bajo el agua», dijo Nagpal.
«Los conocimientos de esta investigación nos ayudarán a desarrollar futuros enjambres submarinos en miniatura que puedan realizar el monitoreo ambiental y la búsqueda en entornos visualmente ricos pero frágiles como los arrecifes de coral. Esta investigación también allana el camino para comprender mejor los bancos de peces, recreando sintéticamente su comportamiento».
La investigación fue coautora del Dr. Melvin Gauci, ex becario de desarrollo tecnológico de Wyss. Fue apoyado en parte por la Oficina de Investigación Naval, el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica y un Premio de Investigación de Amazon AWS.
Más información en sciencemag.org
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