El concepto de "sustancia viscosa gris", un robot compuesto por miles de millones de nanopartículas, ha fascinado a los fanáticos de la ciencia ficción durante décadas. Pero la mayoría de los investigadores lo han descartado como una teoría descabellada.
Los robots actuales suelen ser entidades autónomas hechas de subcomponentes interdependientes, cada uno con una función específica. Si una pieza falla, el robot deja de funcionar. En los enjambres robóticos, cada robot es una máquina que funciona de forma independiente.
En un nuevo estudio publicado hoy en Naturaleza , investigadores de Columbia Engineering y MIT Computer Science & Artificial Intelligence Lab CSAIL, demuestran por primera vez una forma de hacer un robot compuesto de muchos componentes o "partículas" débilmente acoplados. A diferencia de los robots modulares o de enjambre, cada componentees simple y no tiene una dirección o identidad individual. En su sistema, que los investigadores llaman un "robot de partículas", cada partícula puede realizar solo oscilaciones volumétricas uniformes expandiéndose y contrayéndose ligeramente, pero no puede moverse de forma independiente.
El equipo, dirigido por Hod Lipson, profesor de ingeniería mecánica en Columbia Engineering, y la directora de CSAIL, Daniela Rus, descubrió que cuando agruparon miles de estas partículas en un grupo "pegajoso" y las hicieron oscilar en reacción a una fuente de luz, todo el robot de partículas comenzó a moverse lentamente hacia la luz.
"Puede pensar en nuestro nuevo robot como el proverbial" Grey Goo ", dice Lipson." Nuestro robot no tiene un solo punto de falla ni control centralizado. Todavía es bastante primitivo, pero ahora sabemos que este paradigma fundamental del robot esrealmente posible. Creemos que incluso puede explicar cómo los grupos de células pueden moverse juntos, aunque las células individuales no pueden ".
Los investigadores han estado construyendo robots autónomos durante más de un siglo, pero estas han sido máquinas no biológicas que no pueden crecer, curarse o recuperarse de los daños. El equipo de Columbia Engineering / MIT se ha centrado en desarrollar robots robustos y escalables que puedanfuncionan incluso cuando fallan los componentes individuales.
"Hemos estado tratando de repensar fundamentalmente nuestro enfoque de la robótica, para descubrir si hay una manera de hacer robots de manera diferente", dice Lipson, quien dirige el laboratorio de Creative Machines. "No solo hacer que un robot parezca una criatura biológica, sinorealmente construirlo como un sistema biológico, para crear algo que es vasto en complejidad y habilidades pero compuesto de partes fundamentalmente simples. "
Rus, quien también es el profesor Andrew 1956 y Erna Viterbi de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación en el MIT, agrega: "Todas las criaturas en la naturaleza están hechas de células que se combinan de diferentes maneras para producir organismos. Al desarrollar robots de partículas,La pregunta que nos hacemos es, ¿podemos tener células robóticas que se puedan componer de diferentes maneras para hacer diferentes robots? El robot podría tener la mejor forma requerida por la tarea: una serpiente para arrastrarse por un túnel o una máquina de tres manos parauna fábrica. Incluso podríamos darles a estos robots de partículas la capacidad de hacerse ellos mismos. Supongamos, por ejemplo, que un robot necesita un destornillador de la mesa; el destornillador está demasiado lejos para alcanzarlo. ¿Y si el robot pudiera reorganizar sucélulas para hacer crecer un brazo extra largo? A medida que cambian sus objetivos, su cuerpo también puede cambiar ".
El equipo, en colaboración con Chuck Hoberman del Instituto Wyss de Harvard y otros investigadores de Cornell, utilizó muchos componentes o partículas idénticos que podían realizar un movimiento simple como expansión y contracción. En simulaciones, demostraron robots que comprenden 100.000 partículas. Experimentalmente,demostraron un sistema que comprende dos docenas de partículas.
"Las partículas más cercanas a la fuente de luz experimentan una luz más brillante y, por lo tanto, comienzan su ciclo antes", explica Shuguang Li, coautor del artículo que realizó los experimentos físicos. Li, quien fue becario postdoctoral en el antiguo laboratorio de Lipson enCornell y actualmente es un postdoctorado con Rus en CSAIL, continúa. "Ese movimiento crea una especie de onda en todo el cúmulo, desde los más cercanos a la luz hasta los más alejados, y esa onda hace que todo el cúmulo se mueva hacia la luz.El movimiento hacia la luz crea un movimiento global, aunque las partículas individuales no pueden moverse de forma independiente ".
Modelando este comportamiento en simulaciones, exploraron la evitación de obstáculos y el transporte de objetos a mayor escala, con cientos y miles de partículas. También pudieron demostrar la capacidad de recuperación de su paradigma de robot de partículas tanto a componentes ruidosos como a fallas individuales.
"Descubrimos que nuestros robots de partículas mantenían aproximadamente la mitad de su velocidad de funcionamiento completo incluso cuando el 20 por ciento de las partículas están muertas", dice Richa Batra, coautora del artículo y estudiante de doctorado de Lipson que dirigió los estudios de simulación.
El equipo ya está probando su sistema con una mayor cantidad de partículas de escala cm. También están explorando otras formas de robots de partículas, como las microesferas vibratorias.
"Creemos que algún día será posible hacer este tipo de robots a partir de millones de partículas diminutas, como microperlas que responden al sonido, la luz o el gradiente químico", dice Lipson. "Dichos robots podrían usarse para hacer cosas como limpiaráreas o explorar terrenos / estructuras desconocidos. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Original escrito por Holly Evarts. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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