Crean una entidad robótica capaz de cambiar de forma para cumplir su objetivo

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La mayoría de los robots son máquinas complejas diseñadas para cumplir con tareas concretas, que fallan cuando sus componentes dejan de funcionar. Pero hay científicos trabajando en algo muy distinto: un robot colectivo formado por miles de millones de nanomáquinas, capaces de replicarse y de funcionar de forma autónoma, incluso cuando miles de ellas dejan de funcionar. Para los aficionados a la ciencia ficción más fatalistas esto es lo que podría llevar a la «plaga gris», un apocalíptico futuro en el que las nanomáquinas «deciden» autorreplicarse y devorar para ello toda máquina o ser vivo que encuentran a su paso.

Un grupo de investigadores del prestigioso Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), y de las universidades de Cornell, Columbia y Harvard, acaban de presentar un estudio en Nature donde han demostrado, por primera vez, cómo hacer un robot compuesto por multitud de componentes o partículas, cada una de las cuales carece de una identidad o programación particular. Por separado, cada una de estas partículas es capaz de contraerse o dilatarse, pero, en conjunto, le permiten a la entidad robótica desplazarse hacia la luz, incluso cuando el 20 % de las partículas están averiadas.

«Puedes pensar en nuestro robot como la famosa «plaga gris»», ha dicho en un comunicado Hod Lipson, codirector de la investigación junto a Daniela Rus. «Nuestro robot no tiene ningún punto crítico donde pueda fallar, ni ningún control centralizado. Aún es bastante primitivo, pero ahora sabemos que este modelo general de robot es posible».

Partículas robóticas
La clave está en la «partícula» o «célula», un robot con forma de disco que apenas mide 15 centímetros de diámetro. Todos ellos pueden unirse entre sí por medio de débiles imanes y solo son capaces de hacer dos acciones: contraerse y expandirse.

Las partículas están formadas por una base cilíndrica y cuentan con una batería, un pequeño motor, sensores de luz, un microcontrolador y un componente de comunicación. Encima del conjunto está montada una versión modificada de un juguete infantil llamado «Anillo volador de Hoberman», que es básicamente un platillo que puede extenderse y contraerse, gracias a una ingeniosa estructura de paneles de plástico.

Pero cuando estas células o partículas robóticas se unen, ocurren cosas muy interesantes. Gracias a los sensores y a un algoritmo, los investigadores han logrado que la intensidad de luz module la frecuencia de contracción de estas células. Así han conseguido que el grupo se mueva hacia la luz, sin ningún tipo de coordinación central ni ninguna programación específica. El movimiento sencillamente emerge de la forma como estas pequeñas máquinas interaccionan. Es algo muy similar a los procesos que regulan el movimiento de colonias de insectos o grupos de células.

La fuerza del colectivo
«Tenemos pequeñas células robóticas, que no son muy capaces como individuos, pero que pueden conseguir muchas cosas en grupo», ha dicho en un comunicado Daniela Rus, investigadora en el MIT. «Cada robot, por sí mismo, es estático, pero cuando se conecta a otras partículas robóticas, de repente el colectivo robótico puede explorar el mundo y llevar a cabo acciones más complejas. Con estas células universales, los robots particulados pueden adoptar distintas formas, transformarse de forma global, moverse en conjunto, adoptar un mismo comportamiento y, como hemos mostrado, seguir gradientes de luz. Esto es muy poderoso».

El truco para lograr todo esto fue programar cada robot para que se expandiera y contrajera con una sincronización adecuada para que el grupo se moviera en una dirección. Para ello, cada partícula fue equipada con un algoritmo capaz de procesar la información sobre intensidad de luz enviada por las otras partículas vecinas.

Por ejemplo, las células robóticas que están más cerca de la fuente de luz detectan una intensidad de 10, y, las que están más lejos, de 1. Ambas transmiten esa información a las otras células. Ahora bien, cada nivel de intensidad, junto con la información procedente de las vecinas, se traduce en una frecuencia específica de expansión-contracción. Las que captan más intensidad lumínica se expanden y contraen más rápidamente que las que están más lejos. Así, se logra una onda de contracción relacionada con la distancia a la fuente de luz que acaba acercando al colectivo hacia la bombilla.

Robots adaptables
Aunque el movimiento logrado hasta ahora es muy lento, su ventaja es que las máquinas pueden moverse por cualquier entorno desconocido, sin necesidad de tener que plantear ninguna estrategia. Tampoco es necesario formar ninguna estructura concreta con estos grupos de robots. De hecho, estos colectivos pueden moverse sin importar la formación que adopten, y se ha observado que las máquinas pueden esquivar obstáculos con facilidad. Incluso, pueden introducirse por pasos etrechos y desplazar objetos colocados dentro de sus grupos.

Por el momento, los investigadores han hecho pruebas con dos docenas de estas máquinas. Pero, aparte de eso, han hecho un modelo para averiguar qué ocurriría si trabajasen con grupos de 100, 1.000 o 100.000 de estas «partículas», y han concluido que, en teoría, también serían capaces de moverse hacia una fuente de luz.

Además, han concluido que estas máquinas seguirían funcionando incluso cuando el 20 por ciento de las partículas dejasen de estar operativas. Esto es muy interesante, porque implica que los robots serían lo suficientemente flexibles como para seguir en funcionamiento incluso si fallasen algunos componentes.

Vasto en complejidad, hecho de partes simples
«Hemos estado replanteándonos de forma fundamental nuestra aproximación a la robótica, y tratando de descubrir si hay una forma distinta de hacer robots», ha explicado Hod Lipson. «No solo queremos hacer un robot que se parezca a una criatura biológica, sino construir uno como si realmente fuera un sistema biológico, crear algo vasto en complejidad y habilidades, pero que está compuesto de partes fundamentalmente simples».

Según Daniela Rus, el mundo natural está lleno de ejemplos comparables: «Todas las criaturas de la naturaleza están hechas de células que se combinan de diferente forma para hacer organismos. En el desarrollo de robots de partículas, la pregunta que nos hacemos es: ¿podemos tener celulas robóticas que se combinen de distintas formas para hacer diferentes robots?».

¿Hasta dónde podría llevarnos esto? En opinión de Daniela Rus, se podría aprovechar las partículas para diseñar robots a medida de tareas concretas, como desplazarse por un túnel o coger utensilios. «Incluso, podríamos darle a estas partículas robóticas la habilidad de fabricarse a sí mismos. Supongamos, por ejemplo, que un robot necesita una destornillador de una mesa y que está muy lejos. ¿Qué pasaría si el robot pudiera colocar sus células para hacer crecer un brazo extra? ¿O si, a medida que cambian sus objetivos, cambiase también su cuerpo?».

Por el momento, estos proyectos están dando sus primeros pasos. Lo próximo para estos investigadores será hacer pruebas reales con robots formados por un número mayor de partículas. Además, ya están explorando otras formas para estas células, como microesferas vibradoras.

«Creemos que algún día será posible fabricar este tipo de robots a partir de millones de pequeñas partículas, como microperlas que responden al sonido, la luz o un gradiente químico», según Lipson. «Estos robots podrían ser usados para limpiar zonas o explorar terrenos o estructuras desconocidos». ¿Podrían acabar provocando una temida «plaga gris» o sencillamente facilitarían la vida del ser humano?