Los robóticos de la Universidad de West Virginia están trabajando en un camino alternativo hacia la autonomía de los robots en Loopy, un "robot multicelular" compuesto por un anillo de células robóticas individuales interconectadas.

El equipo de WVU probará la capacidad de Loopy para "codiseñarse" a sí mismo, determinando su propia forma con el apoyo limitado de ingenieros humanos.Sin una programación directa de sus comportamientos, creen que Loopy puede aprender a usar su cuerpo para marcar el límite de un área contaminada, como el sitio de un derrame de petróleo o toxinas.

Inspirado en fenómenos naturales como un enjambre de hormigas que se agrupa alrededor de un refresco derramado o un sistema de raíces de árboles que crecen alrededor de obstáculos, Loopy cambia de forma a medida que cada una de sus células responde orgánicamente al medio ambiente.

El investigador principal Yu Gu, profesor de la Academia de Antiguos Alumnos Distinguidos de Ingeniería Mecánica, Materiales y Aeroespacial de la Facultad de Ingeniería y Recursos Minerales Benjamin M. Statler de WVU, dijo que la capacidad de remodelarse a sí mismo podría hacer que Loopy sea "transformador" para la robótica, con la capacidad potencial, inigualable por los robots convencionales, para responder con flexibilidad a situaciones impredecibles del mundo real.

"Loopy se originó como unexperimento mentalen mi laboratorio", dijo Gu. "Fue concebido como un desafío al pensamiento 'de arriba hacia abajo' predominante en robótica, en el que el robot es pasivo y el humano lo diseña, programa y construye.Por el contrario, Loopy es un ejemplo de "robótica de enjambre".Muchas pequeñas células robóticas se interconectan para crear Loopy, lo que permite que rasgos realistas y comportamientos complejos y coordinados, como la resolución de problemas, surjan de las reacciones simples y descentralizadas de las células a los estímulos".

El cuerpo de Loopy está formado por 36 células idénticas conectadas físicamente en un círculo.Cada célula puede controlar su propio movimiento y cada célula tiene sensores que la mantienen informada sobre el ángulo de su articulación, así como sobre estímulos externos como la luz y la temperatura.

Para rastrear cómo responde Loopy a diferentes situaciones, el laboratorio de Gu está equipado con un entorno de prueba de mesa equipado con cámaras aéreas, un sistema de captura de movimiento y un proyector.Debajo de la mesa, los cables calefactores crearán puntos cálidos que simulan áreas de contaminación.Una cámara térmica superior visualiza el mapa de calor y cada una de las células de Loopy tiene un sensor de temperatura integrado en su pie.

Con el estudiante de doctorado y becario graduado de la NSF Trevor Smith, de Appalachia, Pensilvania, Gu probará Loopy en diversas condiciones impredecibles, incluidos diferentes materiales de superficie y obstáculos.Evaluarán la precisión de Loopy al rodear áreas de contaminación, las respuestas de Loopy a lo imprevisto y la tolerancia de Loopy ante situaciones sobre las que tiene poca o inexacta información.

Al mismo tiempo, compararán las soluciones que Loopy encuentra orgánicamente con un enfoque centralizado más convencional en el que un diseñador humano puede acceder a todos los datos de los sensores y controlar las celdas individuales de Loopy.

"El progreso de la investigación sobre Loopy probablemente será no lineal e impredecible", dijo Gu."La mayoría de las veces, el resultado de nuestros experimentos con Loopy es inesperado, y eso ha sido una fuente de conocimiento y un motor para futuras investigaciones.

"Lo que queremos saber es si las soluciones autoorganizadas de Loopy a los problemas ofrecen mayor adaptabilidad y resistencia que los comportamientos programados, y cómo aprovechar los comportamientos de enjambres robóticos para aplicaciones prácticas. Una vez que hayamos establecido las condiciones que fomentan la aparición espontánea de estos comportamientos complejosEn robots multicelulares, creo que los robots que funcionan como Loopy tendrán potencial para aplicaciones tan diversas como sellado de fugas adaptativo o exhibiciones de arte interactivas".

Mientras que los sistemas robóticos convencionales, de arriba hacia abajo, son "antinaturales y frágiles" y luchan por adaptarse a nuevas condiciones, en la robótica de enjambre, la inteligencia colectiva de células simples permite que surjan nuevos comportamientos de forma natural, a través de un proceso "de abajo hacia arriba".

"Nuestro enfoque es filosóficamente similar a la permacultura, en la que los administradores de tierras humanos trabajan con la naturaleza, y no en contra, para crear ecosistemas agrícolas autosuficientes y sostenibles", dijo Gu."En nuestro proceso de diseño de robots, hay tres actores iguales: los humanos, el robot y el medio ambiente".

De los diversos modelos biológicos de Loopy, Gu encontró particular inspiración en los estudios sobre inteligencia vegetal.Por ejemplo, la señalización química en las plantas le sirvió de modelo sobre la forma en que la información descentralizada entre las células puede contribuir al comportamiento colectivo.

"Las raíces de las plantas crecen produciendo nuevas células", explicó."Cada uno de esoscélulasResponde a factores extrínsecos como la presencia de agua o nutrientes y a factores intrínsecos como las hormonas.Esas respuestas, en masa, coordinan el crecimiento de las raíces: dónde van las raíces, las formas que forman.Ése es sólo un mecanismo biológico que subraya la importancia de la coordinación distribuida, en contraposición al control centralizado, en sistemas complejos".

"Este trabajo desdibuja las líneas entre unarobot"La forma física de Loopy, su comportamiento y su entorno", añadió Gu. "Loopy podría alterar fundamentalmente nuestra comprensión de la autonomía, la adaptabilidad y el diseño en robótica".