¿Es un insecto o un minirrobot?

La organización colectiva de las hormigas o su caótico actuar individual, el vuelo en formación de las aves migratorias y la sincronización de las luciérnagas son algunos de los comportamientos animales que son replicados en pequeños robots programados por estudiantes de posgrado del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) para desempeñar funciones de seguridad, búsqueda y rescate.

Los experimentos con los robots miniatura se desarrollan en el Laboratorio de Sincronización y Sistemas Complejos del Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones del CICESE, a cargo del doctor César Cruz Hernández.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el investigador apuntó que los avances desarrollados por los estudiantes forman parte de un proyecto interinstitucional financiado por el Fondo SEP-Conacyt para investigación en ciencia básica, en el que además de CICESE también participa la Universidad Autónoma de Baja California (UABC), la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), el Instituto Tecnológico de Ensenada (ITE) —que pertenece al Tecnológico Nacional de México (Tecnm)— y la Universidad de Guadalajara (UdeG).

Explicó que la esencia de los trabajos es adoptar comportamientos colectivos de los animales, cuyas ventajas ya han sido demostradas, y darles nuevas aplicaciones con robots pequeños o sistemas no tripulados para realizar misiones de búsqueda, exploración y reconocimiento, especialmente en terrenos inhóspitos, remotos o de desastre.

En el laboratorio, además de contar con los robots que son adquiridos para ser programados, cuentan con un sistema de cámaras instaladas en el techo que permite conocer en tiempo real la posición de cada robot.

Para ello, los robots tienen marcas que reflejan una luz infrarroja reconocida por las cámaras y por medio de un software los estudiantes observan exactamente dónde se encuentra el robot y con qué orientación, lo que facilita también que los robots conozcan sus posiciones y puedan organizarse para desempeñar ciertas tareas.

Organización y movimiento coordinado

Rigoberto Martínez Clark, estudiante de doctorado del CICESE, trabaja con enjambres robóticos, una colección de robots móviles que, aunque tienen capacidades limitadas, desempeñan tareas complejas al existir una interacción entre ellos.

Como parte de su tesis doctoral, se enfoca en tres comportamientos colectivos que emergen de dichas interacciones: reunir a todos los robots en un mismo lugar, la autoorganización y el movimiento coordinado.

Rigoberto Martínez expuso que el trabajo coordinado en un grupo de robots deriva en ventajas como la distribución de carga para el transporte colectivo y la tolerancia a fallas, ventajas que se obtienen de imitar comportamientos como la organización de las hormigas y el movimiento de aves migratorias.

“El movimiento coordinado es igualar la velocidad de los robots cuando vayan en movimiento, esto con el fin de que describan ciertas trayectorias predefinidas. Pensando del lado biológico, es lo que hacen las aves cuando emigran, llevan ciertas posiciones definidas y al igualar sus velocidades y orientaciones, les permite exhibir su formación característica a través del tiempo”, comparó.

Búsqueda y rescate

El comportamiento en apariencia caótico e impredecible que tiene una hormiga que individualmente busca su alimento fue aprovechado en el proyecto de Juan José Cetina Denis, egresado de la maestría en ciencias en electrónica y telecomunicaciones del CICESE.

Juan José Cetina detalló que este tipo de comportamiento es útil para programar robots que desempeñarán tareas como la búsqueda de objetos y patrullajes de seguridad y vigilancia.

Para ello utilizó el robot Khepera IV, un robot circular de aproximadamente 15 centímetros de radio que cuenta con dos ruedas que se controlan de manera independiente, sensores infrarrojos ultrasónicos, cámara integrada y comunicación vía wifi y Bluetooth para comunicarse con la computadora o con otros robots similares.

“En mi caso, utilizo la matemática que existe detrás del caos para hacer que este robot se mueva de manera impredecible y aparentemente aleatoria en la mesa de trabajo. Las aplicaciones que se le dan en mi trabajo son la búsqueda de objetos, como el robot tiene una cámara integrada, nosotros podemos poner un objeto sobre el espacio de trabajo y el robot se mueve de manera caótica hasta encontrarlo”, describió.

Cetina Denis destacó que en los experimentos encontró que el robot fue eficiente para las labores de búsqueda y registró tiempos reducidos para encontrar los objetos, por lo que se está planeando replicar el experimento utilizando drones.

Sincronización y elección de un líder

Otro de los proyectos que se desarrollan en el Laboratorio de Sincronización y Sistemas Complejos está a cargo de Miguel Ángel Sidón Ayala, estudiante del Instituto Tecnológico de Ensenada, quien emula en pequeños robots el comportamiento de insectos sociales como las luciérnagas.

“Utilizo pequeños robots llamados Kilobots, los cuales tienen la capacidad de comunicarse por medio de transductores infrarrojos con los demás robots que se encuentran cerca de ellos, en un radio de aproximadamente 12 centímetros; fueron desarrollados en la Universidad de Harvard y son de un costo relativamente bajo”, mencionó.

Aclaró que su proyecto consiste en el desarrollo del algoritmo que se carga en los pequeños robots, que es igual para todos y genera que interactúen y ejecuten diferentes tareas de forma descentralizada y sin retroalimentación, pues su comportamiento depende de la comunicación con sus vecinos o los agentes a su alrededor.

Indicó que los algoritmos desarrollados se desenvuelven y se aprecian mejor utilizando un alto nivel de agentes; este algoritmo puede ser aplicado en cientos de robots Kilobots y en el laboratorio disponen de alrededor de 60, con los que se realizan las pruebas de distintos comportamientos emergentes como la sincronización, adaptado de la interacción de las luciérnagas.

Otros comportamientos estudiados en los grupos de Kilobots son la elección de un líder, que se da solo en ciertas condiciones a las que se someten, así como la formación, comportamiento que puede ser útil para generar redes improvisadas.

El robot líder

Modificar las interacciones entre robots para producir resultados diferentes en su comportamiento fue el proyecto de tesis de maestría desarrollado por Alberto López Parra, recientemente egresado del CICESE.

Para su estudio, utilizó el robot Khepera III, que cuenta con comunicación Bluetooth y wifi, sensores infrarrojos y su costo oscila en los tres mil dólares.

Alberto López comentó que al robot se le dio la aplicación de exploración, que consiste en organizar un grupo de robots para que exploren un área, lo que ofrece las ventajas de cumplir con la tarea más ágilmente y utilizando una menor cantidad de energía.

Tanto su proyecto como los demás que se encuentran vigentes en el Laboratorio de Sincronización y Sistemas Complejos, están en el nivel de ciencia básica y con un alto potencial de convertirse en innovaciones aplicadas que deriven en nuevos proyectos vinculados con el sector industrial.

Fuente: CONACYT.