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Harvard inventa un equipo autónomo de construcción robótico


 Tecnología
Alejandro Serrano   14/02/2014
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Robots similares podrían dejar sacos de arena para evitar inundaciones, o realizar tareas simples de construcción en Marte, sin poner vidas humanas en peligro.
En las planicies de Namibia, millones de pequeñas termitas, distribuidas en colonias, construyen montículos de tierra, pulmones de casi dos metros y medio de alto, para su nido subterráneo. Durante el año que suele llevarles, muchas termitas morirán, e incluso el agua y lluvia erosionarán la estructura, pero el proyecto continuará.

Inspirándose en esa resistencia e inteligencia colectiva, un equipo de científicos computacionales e ingenieros de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard (SEAS) y del Instituto Wyss de Ingeniería inspirada en la Biología, de la misma universidad, han creado un equipo autónomo de construcción robótico. El equipo no necesita supervisor, ni “ojo en el cielo”, ni comunicación alguna: simplemente robots –cualquier número- que cooperan modificando su medioambiente.

El sistema TERMES de Harvard demuestra que sistemas colectivos de robots pueden construir complejas estructuras tridimensionales sin la necesidad de órdenas centrales o roles predefinidos. Los resultados de este proyecto, que ha tenido una duración de cuatro años, han sido presentados esta semana en la reunión anual del AAAS, y publicados hoy en la revista Science.

Los robots de TERMES pueden construir torres, castillos y pirámides, como muestra el vídeo, a partir de ladrillos de foam (una espuma), construyendo de forma autónoma escaleras para alcanzar los nivels superiores y añadiendo todos los ladrillos donde se necesitan. En el futuro, robots similares podrían dejar sacos de arena para evitar inundaciones, o realizar tareas simples de construcción en Marte, sin poner vidas humanas en peligro.



"La inspiración clave que tomamos de las termitas parte de la idea de que puede hacerse algo realmente complicado con un grupo sin supervisor, y que se puede realizar sin discutir explícitamente lo que sucede, sólo modificando el medioambiente”, asegura el principal investigador del estudio, Radhika Nagpal, profesora de Ciencia Computacional en el SEAS y miembro clave del instituto Wyss.

La mayoría de proyectos de construcción humanos se llevan a cabo con trabajadores entrenados y con una organización jerárquica, recuerda otro de los participantes del estudio, Justin Werfel, del instituto Wyss, estudiante postdoctoral en el SEAS.

"Normalmente, tienes un plan predefinido y forma de ejecutarlo, mientras que el capataz sigue las directrices y supervisa al equipo”, asegura Werfel. "En las colonias de insectos, la reina no da todas las instrucciones a nivel individual. Cada termita no sabe qué hacen las demás, o cómo es la situación general del montículo que construyen”.

En vez de eso, las termitas siguen un concepto conocido como estigmergia, colaboración a través del medio físico, un tipo de comunicación implícita: observan los cambios que los demás realizan en el medioambiente y actúan acorde con ellos. Eso es lo que el equipo de Nagpal ordenó a los robots que hicieran, con resultados impresionantes. Como puede observarse en el vídeo, los robots construyen muchos tipos de estructuras, e incluso se recuperan de cambios imprevistos en las estructuras durante la construcción.

Cada robot ejecuta su proceso de construcción en paralelo con otros, pero sin saber qué construyen al mismo tiempo. Si un robot se rompe o ha de abandonar, no afecta a los demás. Esto significa que las mismas construcciones pueden ser realizadas por cinco o quinientos robots. El sistema TERMES es un importante proyecto para inteligencia artificial escalable y distribuida.

El equipo de Nagpal se especializa en algoritmos distributivos, que permiten a grandes grupos de robots actuar como una colonia. La clave del éxito de este proyecto radica en una muy estrecha colaboración entre científicos computacionales, ingenieros eléctrónicos y biólogos, que crearon un enjambre de Kilobots hace pocos años, y colaboraron con expertos en inteligencia artificial en el proyecto RoboBees, en colaboración con los miembros de la facultad de Harvard Robert J. Wood y Gu-Yeon Wei.

La coautora Kirstin Petersen, estudiante graduada en el SEAS, encabezó el diseño de construcción y diseño de los robots y bloques del sistema TERMES. Estos robots pueden llevar a cabo todas las tareas necesarias: cargar bloques , escalar en la estructura, unir los bloques, etc... con sólo cuatro tipos simples de sensores y tres actuadores -un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado.

"Codiseñamos robots y bloques en un esfuerzo para poner en marcha un sistema lo más minimalista y confiable posible”, asegura Petersen. “Esto no sólo ayuda a que el sistema sea más robusto, sino que simplifica la cantidad de procesamiento computacional necesario en el procesador. La idea no es sólo reducir el número de errores a pequeña escala, sino detectarlos y corregirlos antes de que se propaguen como tales, algo que puede ser fatal para el sistema”.

El sistema TERMES evita cualquier necesidad de supervisión, lo que posibilita que un solo error pueda comprometer toda la tarea. "Puede ser que al final interese algo entre un sistema centralizado y uno descentralizado, pero hemos comprobado cómo funciona un extremo de la escala, algo como la organización de las termitas”, asegura Nagpal. “Desde el punto de vista de las termitas, está funcionando muy bien”.

Un robot TERMES puede:

-Desplazarse hacia adelante, hacia atrás y girar sobre si mismo.

-Subir o bajar un escalón de la altura de un bloque.

-Recoger un bloque, llevarlo y depositarlo directamente delante de si mismo.

-Detectar otros robots y bloques en las inmediaciones.

-Realizar un seguimiento de su propia ubicación con respecto a un bloque "semilla".


¿Qué instrucciones siguen los robots TERMES?


-Obedecer las reglas de tráfico predeterminadas.

-Rodear la estructura, cada vez mayor, para encontrar el primer bloque “semilla” para orientarse.

-Meterse en la estructura.

-Obtener un bloque.

-Colocar el bloque en cualquier punto no ocupado que satisfaga los requisitos geométricos locales.

-Subir la estructura.

-Repetición.


Fuente: Universidad de Harvard.




 

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