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Robots inspirados en las termitas levantan castillos sin necesidad de plano ni capataz

Un equipo de investigadores usa la cooperación descentralizada de los insectos sociales para diseñar autómatas capaces de construir estructuras complejas de forma autónoma y no jerárquica

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Vídeo | Robots TERMES, en acción / Montaje y locución: Daniel Calvo

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A diferencia de las catedrales humanas, las termitas levantan sus termiteros sin necesidad de un plano general de la obra ni una jerarquía en la construcción. Y alguna de las torres de sus nidos son 500 veces más grandes que los insectos que las levantan. Inspirados en su inteligencia colectiva, unos ingenieros estadounidenses han diseñado robots capaces de construir torres, pirámides y castillos de forma descentralizada y autónoma.

Las termitas y otros insectos sociales, como abejas, avispas y hormigas, colaboran siguiendo su propia versión del piensa globalmente, actúa localmente. Son capaces de operar de forma descentralizada y reaccionando a cambios en su entorno más inmediato para construir sus nidos. Entre las primeras se han encontrado algunos termiteros catedrales con una ocupación de 1.000 m3. Es lo que el entomólogo francés Pierre-Paul Grassé llamó estigmergia, una forma de colaboración basada en unas pocas reglas implícitas (que pueden ser señales químicas como las feromonas, cambios en la temperatura o pequeñas alteraciones en el medio físico).

Siguiendo ese modelo de acción colectiva descentralizada, investigadores de dos institutos de la Universidad de Harvard han creado sus robots TERMES. Equipados con una serie de sensores para detectar su entorno o la presencia de otros robots, los ingenieros les grabaron la imagen final de la estructura que deseaban y una serie de reglas básicas de comportamiento: coger un ladrillo, detectar el hueco más próximo, escalar de uno en uno o detenerse ante la cercanía de otro robot y poco más. Mediante una serie de algoritmos, ellos solos pudieron levantar varias estructuras estables y sin que aquello degenerara en un atasco de robots.

“Algún día estos robots podrían usarse para construir en zonas peligrosas, bajo en mar o en el espacio”

“La inspiración clave que cogimos de las termitas es la idea de que puedes hacer algo sin un supervisor. Y, en segundo lugar, que lo puedes hacer sin que todos tengan que intervenir en qué hacer, sino sólo modificando su entorno”, dice la profesora de informática de Harvard y coautora del trabajo, Radhika Nagpal. En el caso de los TERMES, su guía fundamental era encontrar el siguiente hueco donde dejar su ladrillo antes de ir a por otro.

Como las termitas, la estigmergia de los robots se concreta en actos individuales a bajo nivel con resultados a alto nivel. Tanto los insectos como los autómatas observan los cambios que sus compañeros realizan en su entorno y actúan en consecuencia. Cada robot opera en paralelo con los demás pero sin saber lo que hacen ellos. Tanto que, cuando detecta a uno en su camino, se detiene y espera su turno para ir completando el puzle. En este original enfoque de la inteligencia artificial, las instrucciones bajo las que operan los robots son esenciales para que el sistema no se vuelva caótico.

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Dos de los creadores de TERMES junto a la chimenea de un nido de las termitas que les han inspirado. / Self-Organizing Systems Research Group, Harvard SEAS

“Hay dos tipos de reglas que siguen los robots”, explica a Materia Justin Werfel, investigador del Instituto de Ingeniería Biológicamente Inspirada, también de Harvard, y coautor del estudio. “Está la estructura de ruta, que funciona como un conjunto de normas de tráfico correspondientes a una estructura dada y sirven a los robots para guiarse a través del área de trabajo”, señala. ”Y hay normas que los robots han de cumplir y que son siempre iguales, sin importar lo que están intentando levantar”, completa. Éstas son las que le indican cómo coger un ladrillo, cómo moverse siguiendo las rutas prefijadas o cómo asegurarse de que el ladrillo está bien colocado. Si un ladrillo no cumple con las reglas, el robot lo vuelve a coger y colocarlo de nuevo.

En la investigación, publicada en la revista Science, los ingenieros sólo usaron tres robots. Pero podrían haber usado 300 con el mismo sistema. Porque la escalabilidad es una de las fortalezas de la estigmergia. Sin necesidad de recursos extra, las mismas reglas funcionan independientemente del número. La otra gran ventaja procede de su descentralización. Aquí no hay un gran arquitecto que, si falta, se detiene la obra. En este sistema, si un robot cae, otro le reemplaza en su objetivo. No hay un elemento crítico en el sistema.

Aunque cada robot dispone de sólo unas pocas reglas, como dónde poner el siguiente ladrillo, cuándo cambiar de dirección o evitar a sus colegas, el resultado de esta inteligencia colectiva es la construcción de estructuras complejas estables y ordenadas. En los experimentos, los investigadores crearon tres estructuras de ruta diferentes para levantar una torre, una pirámide o un castillo.

“Algún día, sistemas como éste podrían usarse para construir en situaciones que sean difíciles o peligrosas para los humanos, como en zonas de desastres, bajo el agua o en el espacio exterior”, imagina Werfel.


REFERENCIA

'Designing Collective Behavior in a Termite-Inspired Robot Construction Team' DOI:10.1126/science.1245842


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