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Roboat: Barcos Robóticos Autónomos Podrán pegarse unos a otros

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La ciudad de Ámsterdam visualiza un futuro donde las flotas de barcos autónomos Roboat navegan por sus numerosos canales para transportar mercancías y personas, recolectar basura o auto-ensamblarse en escenarios y puentes flotantes.

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Para promover esa visión, los investigadores del MIT han brindado nuevas capacidades a su flota de botes robóticos, que se están desarrollando como parte de un proyecto en curso, que les permiten apuntarse y unirse entre ellos, y seguir intentando si fallan.

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Alrededor de una cuarta parte de la superficie de Ámsterdam es agua, con 165 canales que serpentean a lo largo de las concurridas calles de la ciudad. Hace varios años, MIT y el Instituto de Ámsterdam para Soluciones Metropolitanas Avanzadas (Instituto AMS) se unieron en el proyecto “Roboat”.

La idea es construir una flota de barcos robóticos autónomos (cascos rectangulares equipados con sensores, propulsores, microcontroladores, módulos GPS, cámaras y otros equipos) que ofrezcan movilidad inteligente en el agua para aliviar la congestión en las concurridas calles de la ciudad.

Uno de los objetivos del proyecto es crear unidades roboat que proporcionen transporte a pedido en vías fluviales. Otro objetivo es utilizar las unidades roboat para formar automáticamente estructuras “emergentes”, como puentes peatonales, etapas de rendimiento o incluso mercados de alimentos.

Las estructuras podrían entonces desmontarse automáticamente en tiempos establecidos y reformarse en estructuras objetivo para diferentes actividades.

Además, las unidades roboat podrían utilizarse como sensores ágiles para recopilar datos sobre la infraestructura de la ciudad y la calidad del aire y el agua, entre otras cosas.

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En 2016, los investigadores del MIT probaron un prototipo roboat que recorría los canales de Ámsterdam, avanzando, hacia atrás y lateralmente a lo largo de una ruta preprogramada.

El año pasado, los investigadores diseñaron versiones de los barcos a bajo costo, impresas en 3D y en escala de un cuarto, que eran más eficientes y ágiles, y estaban equipadas con algoritmos avanzados de seguimiento de la trayectoria.

En un documento presentado en la Conferencia Internacional sobre Robótica y Automatización, los investigadores describen las unidades roboat que ahora pueden identificar y conectarse a las estaciones de acoplamiento.

Los algoritmos de control guían los roboats al objetivo, donde se conectan automáticamente a un mecanismo de cierre personalizado con una precisión milimétrica. Por otra parte, el robot se da cuenta de si ha perdido la conexión, realiza una copia de seguridad y vuelve a intentarlo.

Los investigadores probaron la técnica de cierre en una piscina en el MIT y en el río Charles, donde las aguas son más difíciles. En ambos casos, las unidades roboat generalmente pudieron conectarse con éxito en unos 10 segundos, comenzando desde aproximadamente 1 metro de distancia, o tuvieron éxito después de algunos intentos fallidos.

En Ámsterdam, el sistema podría ser especialmente útil para la recolección de basura durante la noche. Las unidades de Roboat podrían navegar alrededor de un canal, ubicarse y sujetarse a plataformas que sostienen contenedores de basura, y transportarlos de regreso a las instalaciones de recolección.

“En Ámsterdam, los canales se usaban una vez para el transporte y otras cosas para las que ahora se usan las carreteras.

Las carreteras cerca de los canales ahora están muy congestionadas, y tienen ruido y contaminación, por lo que la ciudad desea agregar más funcionalidad a los canales”. dice el primer autor Luis Mateos, un estudiante graduado en el Departamento de Estudios Urbanos y Planificación (DUSP) e investigador en el MIT Senseable City Lab. “Las tecnologías de auto conducción pueden ahorrar tiempo, costos y energía, y mejorar la ciudad en el futuro”.

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“El objetivo es utilizar unidades roboat para dar vida a nuevas capacidades en el agua”, agrega la coautora Daniela Rus, directora del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) y la profesora de Ingeniería Eléctrica e Informática Andrew y Erna Viterbi. Ciencia. “El nuevo mecanismo de enganche es muy importante para crear estructuras emergentes.

Roboat no necesita enganchar para el transporte autónomo en el agua, pero necesita el enganche para crear cualquier estructura, ya sea móvil o fija”.

Junto a Mateos en el periódico están: Wei Wang, un postdoctorado conjunto en CSAIL y Senseable City Lab; Banti Gheneti, un estudiante graduado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación; Fabio Duarte, científico investigador de DUSP y Senseable City Lab; y Carlo Ratti, director de Senseable City Lab y investigador principal y profesor de práctica en DUSP.

Haciendo la conexión Roboat

Cada roboat está equipado con mecanismos de cierre, que incluyen componentes de bola y cavidad, en la parte frontal, posterior y laterales. El componente de bola se asemeja a un volante de bádminton: un cuerpo de goma en forma de cono con una bola de metal en el extremo.

El componente del zócalo es un embudo ancho que guía el componente de la bola hacia un receptor. Dentro del embudo, un rayo láser actúa como un sistema de seguridad que detecta cuando la bola cruza el receptor.

Eso activa un mecanismo con tres brazos que se cierran y capturan la pelota, al tiempo que envían una señal de respuesta a ambos robos de que la conexión está completa.

En el lado del software, los roboats se ejecutan en técnicas personalizadas de visión y control informático. Cada roboat tiene un sistema LIDAR y una cámara, por lo que pueden moverse de manera autónoma de un punto a otro alrededor de los canales.

Cada estación de acoplamiento, generalmente un roboat inmóvil, tiene una hoja de papel impresa con una etiqueta de realidad aumentada, llamada AprilTag, que se parece a un código QR simplificado.

Comúnmente utilizado para aplicaciones robóticas, AprilTags permite a los robots detectar y calcular su posición y orientación 3D precisa con respecto a la etiqueta.

Tanto el AprilTags como las cámaras están ubicadas en las mismas ubicaciones en el centro de los roboats. Cuando un roboat que viaja está aproximadamente a uno o dos metros de distancia de la etiqueta estacionaria AprilTag, el roboat calcula su posición y orientación a la etiqueta.

Por lo general, esto generaría un mapa en 3D para el movimiento de la embarcación, que incluye balanceo, inclinación y guiñada (izquierda y derecha).

Pero un algoritmo elimina todo, excepto la guiñada. Esto produce un plano 2-D fácil de calcular que mide la distancia de la cámara roboat y la distancia a la izquierda y derecha de la etiqueta.

Usando esa información, el roboat se dirige hacia la etiqueta. Al mantener la cámara y la etiqueta perfectamente alineadas, el bote puede conectarse con precisión.

El embudo compensa cualquier desalineación en el paso del roboat (balanceándose hacia arriba y hacia abajo) y el movimiento (vertical hacia arriba y hacia abajo), ya que las ondas del canal son relativamente pequeñas.

Sin embargo, si el roboat supera la distancia calculada y no recibe una señal de retroalimentación del rayo láser, sabe que ha fallado. “En aguas difíciles, a veces las unidades de robo en la actual escala de un cuarto, no son lo suficientemente fuertes como para vencer ráfagas de viento o corrientes de agua pesada”, dice Mateos. “Un componente lógico en el roboat dice: ‘Falló, así que haga una copia de seguridad, vuelva a calcular su posición e intente nuevamente'”.

Futuras iteraciones 

Los investigadores ahora están diseñando unidades roboat aproximadamente cuatro veces el tamaño de las iteraciones actuales, por lo que serán más estables en el agua.

Mateos también está trabajando en una actualización del embudo que incluye pinzas de goma similares a tentáculos que se aprietan alrededor del alfiler, como un calamar que ase a su presa.

Eso podría ayudar a dar más control a las unidades roboat cuando, por ejemplo, están remolcando plataformas u otros roboats a través de canales estrechos.

En las obras también se encuentra un sistema que muestra las etiquetas de abril en un monitor LCD que cambia los códigos para indicar a varias unidades roboat que se ensamblan en un orden determinado.

Al principio, a todas las unidades roboat se les dará un código para que se mantengan exactamente a un metro de distancia. Luego, el código cambia para dirigir el primer roboat al pestillo.

Después, la pantalla cambia los códigos para ordenar el siguiente roboat para enganchar, y así sucesivamente. “Es como el juego del teléfono. El cambio de código pasa un mensaje a un roboat a la vez, y ese mensaje les dice qué hacer”, dice Mateos

 

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