Un estudio dirigido por investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech ha descubierto nuevas formas de conducir robots de múltiples patas por medio de un controlador de dos niveles. El controlador propuesto utiliza una red de los llamados osciladores no lineales quepermite la generación de diversas formas de andar y posturas, que se especifican con solo unos pocos parámetros de alto nivel. El estudio inspira una nueva investigación sobre cómo se pueden controlar los robots de múltiples patas, incluso en el futuro utilizando interfaces cerebro-computadora.
En el mundo natural, muchas especies pueden caminar sobre pendientes y superficies irregulares, llegando a lugares inaccesibles incluso para los robots rover más avanzados. Sigue siendo un misterio cómo los movimientos complejos son manejados tan fácilmente incluso por las criaturas más pequeñas.
Lo que sí sabemos es que incluso los cerebros más simples contienen circuitos generadores de patrones GPC [1], que están cableados específicamente para generar patrones de caminata. Los intentos de replicar tales circuitos artificialmente hasta ahora han tenido un éxito limitado, debido a la poca flexibilidad.
Ahora, los investigadores en Japón e Italia proponen un nuevo enfoque para la generación de patrones de caminata, basado en una red jerárquica de osciladores electrónicos dispuestos en dos niveles, que han demostrado usando un robot hexápodo tipo hormiga. El logro abre nuevos caminos para elcontrol de robots con patas. Publicado en acceso IEEE , la investigación es el resultado de la colaboración entre científicos de Tokyo Tech, en parte financiada por la World Research Hub Initiative, la Academia de Ciencias de Polonia en Cracovia, Polonia, y la Universidad de Catania, Italia.
El controlador de inspiración biológica consta de dos niveles. En la parte superior, contiene una GPC [1], responsable de controlar la secuencia general de los movimientos de las piernas, conocida como marcha. En la parte inferior, contiene seis generadores de patrones locales GLP [2], responsable de controlar las trayectorias de las piernas individuales.
El autor principal del estudio, Ludovico Minati, quien también está afiliado a la Academia de Ciencias de Polonia en Cracovia, Polonia e invitado al Instituto de Investigación Innovadora IIR de Tokyo Tech a través de la Iniciativa World Research Hub, explica que los insectos pueden adaptarse rápidamentesu modo de andar depende de una amplia gama de factores, pero particularmente su velocidad de marcha. Algunos pasos se observan con frecuencia y se consideran canónicos, pero en realidad, hay un número casi infinito de pasos disponibles, y diferentes insectos como las hormigas y las cucarachas se dan cuentapasos similares en posturas muy diferentes.
Se han encontrado dificultades al tratar de condensar tanta complejidad en generadores de patrones artificiales. El controlador propuesto muestra un nivel extremadamente alto de versatilidad gracias a la implementación basada en arreglos analógicos programables en campo FPAA [3], que permiten-configuración y ajuste de todos los parámetros del circuito. Se basa en años de investigaciones previas sobre redes electrónicas no lineales y caóticas, que han demostrado su capacidad para replicar fenómenos observados en cerebros biológicos, incluso cuando están conectados en configuraciones muy simples.
"Quizás el momento más emocionante en la investigación fue cuando observamos que el robot exhibía fenómenos y pasos que ni diseñamos ni esperábamos, y luego descubrimos que también existen en los insectos biológicos", dice Minati. Tales fenómenos emergentes surgen particularmente a medida que la redse realiza con componentes analógicos y permite un cierto grado de autoorganización, lo que representa un enfoque que difiere enormemente de la ingeniería convencional, donde todo está diseñado a priori y fijo. "Esto nos acerca mucho más a la forma en que funciona la biología".agrega.
Yasuharu Koike, también basado en el IIR, comenta: "Un aspecto importante del controlador es que condensa tanta complejidad en solo un pequeño número de parámetros. Estos pueden considerarse parámetros de alto nivel, ya que establecen explícitamentemarcha, velocidad, postura, etc. Debido a que pueden cambiarse dinámicamente, en el futuro debería ser fácil variarlos en tiempo real usando una interfaz cerebro-computadora, permitiendo el control de cinemáticas complejas que de otro modo serían imposibles de dominar con los enfoques actuales."
Y Natsue Yoshimura, también con sede en el IIR, dice: "A medida que el controlador responde gradualmente y representa un enfoque biológicamente plausible para la generación de patrones, creemos que puede ser más fácil de manejar en comparación con los sistemas que decodifican comandos discretos. Esto puedetienen implicaciones prácticas, y nuestro laboratorio tiene un conocimiento sustancial en esta área "
Términos técnicos
[1] Circuitos generadores de patrones CPG: CPG significa Central Pattern Generator. Una red que genera de manera autónoma patrones de marcha rítmicos, aquí referidos a la secuencia de movimientos de las piernas.
[2] Local Pattern Generator LPG: una subred que transforma cada salida de CPG en la trayectoria de las articulaciones de la rama correspondiente.
[3] Matriz analógica programable en campo FPAA: un circuito integrado que contiene una variedad de bloques analógicos, que se pueden reconfigurar bajo control digital.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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