La ciudad de Amsterdam visualiza un futuro en el que flotas de barcos autónomos naveguen por sus numerosos canales para transportar bienes y personas, recolectar basura o autoensamblarse en escenarios y puentes flotantes. Para promover esa visión, los investigadores del MIT han dado nuevas capacidades a susflota de botes robóticos, que se están desarrollando como parte de un proyecto en curso, que les permiten apuntar y unirse entre sí, y seguir intentándolo si fallan.
Alrededor de una cuarta parte de la superficie de Ámsterdam es agua, con 165 canales que serpentean por las concurridas calles de la ciudad. Hace varios años, el MIT y el Instituto de Ámsterdam para Soluciones Metropolitanas Avanzadas AMS Institute se unieron en el proyecto "Roboat". La idea esconstruir una flota de botes robóticos autónomos cascos rectangulares equipados con sensores, propulsores, microcontroladores, módulos GPS, cámaras y otro hardware que proporciona movilidad inteligente en el agua para aliviar la congestión en las concurridas calles de la ciudad.
Uno de los objetivos del proyecto es crear unidades de bote de remos que proporcionen transporte a pedido en las vías fluviales. Otro objetivo es usar las unidades de bote de remos para formar automáticamente estructuras "emergentes", como puentes peatonales, etapas de rendimiento o incluso mercados de alimentos.Luego, las estructuras podrían desmontarse automáticamente en los tiempos establecidos y reformarse en estructuras objetivo para diferentes actividades. Además, las unidades de bote de remos podrían usarse como sensores ágiles para recopilar datos sobre la infraestructura de la ciudad y la calidad del aire y el agua, entre otras cosas.
En 2016, los investigadores del MIT probaron un prototipo de lancha rodadora que navegaba por los canales de Ámsterdam, avanzando, retrocediendo y lateralmente a lo largo de un camino preprogramado. El año pasado, los investigadores diseñaron versiones de bajo costo, impresas en 3-D, a escala de un cuarto delos barcos, que eran más eficientes y ágiles, y venían equipados con algoritmos avanzados de seguimiento de trayectoria.
En un documento presentado en la Conferencia Internacional sobre Robótica y Automatización, los investigadores describen unidades de botes que ahora pueden identificar y conectarse a las estaciones de atraque. Los algoritmos de control guían los botes al objetivo, donde se conectan automáticamente a un mecanismo de enganche personalizado con un milímetroprecisión. Además, el bote se da cuenta si se ha perdido la conexión, retrocede e intenta nuevamente.
Los investigadores probaron la técnica de enclavamiento en una piscina en el MIT y en el río Charles, donde las aguas son más agitadas. En ambos casos, las unidades de los botes de remo pueden conectarse con éxito en aproximadamente 10 segundos, comenzando desde aproximadamente 1 metro de distancia,o tuvieron éxito después de algunos intentos fallidos. En Amsterdam, el sistema podría ser especialmente útil para la recolección de basura durante la noche. Las unidades Roboat podrían navegar alrededor de un canal, ubicarse y engancharse en plataformas que contienen contenedores de basura, y llevarlos de regreso a las instalaciones de recolección.
"En Amsterdam, los canales alguna vez se usaron para el transporte y otras cosas para las que ahora se usan las carreteras. Las carreteras cercanas a los canales ahora están muy congestionadas, y tienen ruido y contaminación, por lo que la ciudad quiere agregar más funcionalidad a los canales", dice el primer autor, Luis Mateos, un estudiante graduado en el Departamento de Estudios y Planificación Urbana DUSP e investigador en el Laboratorio de la Ciudad Senseable del MIT." Las tecnologías autónomas pueden ahorrar tiempo, costos y energía, y mejorar el movimiento de la ciudad.adelante."
"El objetivo es utilizar unidades de bote de remos para dar vida a nuevas capacidades en el agua", agrega la coautora Daniela Rus, directora del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial CSAIL y el Profesor de Ingeniería Eléctrica Andrew y Erna Viterbiy Ciencias de la Computación. "El nuevo mecanismo de enclavamiento es muy importante para crear estructuras emergentes. Roboat no necesita enclavamiento para el transporte autónomo en el agua, pero necesita el enclavamiento para crear cualquier estructura, ya sea móvil o fija".
Uniéndose a Mateos en el documento están: Wei Wang, un postdoctorado conjunto en CSAIL y Senseable City Lab; Banti Gheneti, un estudiante graduado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación; Fabio Duarte, un científico de investigación de DUSP y Senseable City Lab; y Carlo Ratti, director del Senseable City Lab e investigador principal y profesor de la práctica en DUSP.
Haciendo la conexión
Cada bote de remos está equipado con mecanismos de enganche, incluidos los componentes de la bola y el zócalo, en su parte delantera, trasera y laterales. El componente de la bola se asemeja a un volante de bádminton: un cuerpo de goma en forma de cono con una bola de metal en el extremo.El componente del zócalo es un embudo ancho que guía el componente de la bola hacia un receptor. Dentro del embudo, un rayo láser actúa como un sistema de seguridad que detecta cuando la bola cruza hacia el receptor. Activa un mecanismo con tres brazos que se cierra y capturabola, mientras que también envía una señal de retroalimentación a ambos roboats de que la conexión está completa.
En el lado del software, los roboats funcionan con técnicas personalizadas de visión y control por computadora. Cada bote tiene un sistema LIDAR y una cámara, por lo que pueden moverse de forma autónoma de un punto a otro alrededor de los canales. Cada estación de atraque, generalmente un bote inmóvil,- tiene una hoja de papel impresa con una etiqueta de realidad aumentada, llamada AprilTag, que se asemeja a un código QR simplificado. Comúnmente utilizado para aplicaciones robóticas, AprilTags permite a los robots detectar y calcular su posición y orientación tridimensional precisa en relación con la etiqueta.
Tanto las etiquetas de abril como las cámaras están ubicadas en los mismos lugares en el centro de los roboats. Cuando una lancha itinerante se encuentra aproximadamente a uno o dos metros de distancia de la AprilTag estacionaria, la lancha calcula su posición y orientación a la etiqueta. Por lo general, estogenera un mapa en 3-D para el movimiento del bote, que incluye balanceo, cabeceo y guiñada izquierda y derecha. Pero un algoritmo elimina todo excepto el guiñada. Esto produce un plano en 2-D fácil de calcular que mide la distancia de la cámara del barcolejos y distancia izquierda y derecha de la etiqueta. Usando esa información, el bote se dirige hacia la etiqueta. Al mantener la cámara y la etiqueta perfectamente alineadas, el bote puede conectarse con precisión.
El embudo compensa cualquier desalineación en el paso del bote balanceándose hacia arriba y hacia abajo y levantamiento vertical hacia arriba y hacia abajo, ya que las ondas del canal son relativamente pequeñas. Sin embargo, si el bote rebasa su distancia calculada y norecibe una señal de retroalimentación del rayo láser, sabe que ha fallado. "En aguas desafiantes, a veces las unidades de bote a la escala actual de un cuarto, no son lo suficientemente fuertes como para vencer las ráfagas de viento o las corrientes de agua", dice Mateos.El componente lógico en el bote dice: 'Te perdiste, así que retrocede, recalcula tu posición e intenta nuevamente' "
iteraciones futuras
Los investigadores ahora están diseñando unidades de bote robo de aproximadamente cuatro veces el tamaño de las iteraciones actuales, para que sean más estables en el agua. Mateos también está trabajando en una actualización del embudo que incluye pinzas de goma en forma de tentáculo que se aprietan alrededor delpin - como un calamar que agarra a su presa. Eso podría ayudar a dar más control a las unidades roboat cuando, por ejemplo, están remolcando plataformas u otros roboats a través de canales estrechos.
En las obras también hay un sistema que muestra las etiquetas AprilTags en un monitor LCD que cambia los códigos para indicar que se ensamblen varias unidades roboat en un orden determinado. Al principio, todas las unidades roboat recibirán un código para mantenerse exactamente a un metro de distancia.Luego, el código cambia para hacer que el primer bote se enganche. Después, la pantalla cambia los códigos para ordenar que se enganche el siguiente bote, y así sucesivamente. "Es como el juego telefónico. El código cambiante pasa un mensaje a un bote a la vez, y ese mensaje les dice qué hacer ", dice Mateos.
La investigación fue financiada por el Instituto AMS y la ciudad de Amsterdam.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Rob Matheson. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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