Abejas, hormigas y termitas inspiran un software que haría más sociables a los robots

UNAL/DICYT ¿Es posible diseñar un grupo de robots que coordine a otro grupo de robots, sin conocer cómo estos últimos han sido programados? el trabajo colectivo que realizan ciertos grupos de insectos sirvió como base para intentar responder a esta pregunta, a partir del diseño automático de software. La idea, para nada descabellada, del Ingeniero electrónico, David Garzón Ramos, magíster en Ingeniería – Automatización Industrial, de la Universidad Nacional (UNAL) Sede Manizales, es que en un futuro los robots de consumo, es decir, aquellos que se utilizan en actividades diarias como las tareas del hogar, sepan trabajar en grupo.

De hecho, en el Laboratorio de Investigación del Ejército de Estados Unidos, la Universidad de Harvard o el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), desde hace unos años se adelantan estudios con sistemas robóticos de enjambre que podrían utilizarse para la búsqueda y rescate de rehenes después de ataques terroristas, en el apoyo a misiones humanitarias en áreas de conflicto, vigilar fronteras y localizar desastres ambientales; desempeñándose conforme a la necesidad y ajustados a un programa.

El magíster agrega que: “como sociedad debemos solventar necesidades como construir carreteras, edificaciones o realizar actividades agrícolas, y para ello necesitamos trabajar con grupos grandes de robots, como pueden ser los enjambres de robots”.

Menciona que, a partir de un estudio empírico, se evalúa si métodos existentes de diseño manual y automático de comportamientos colectivos, son efectivos en la producción de software de control para un enjambre que coordina a otro.

El desafío en su estudio es que, antes de empezar la producción del software de control, el método de diseño no es provisto con información de cómo opera el segundo enjambre.

Entonces, los métodos de diseño bajo estudio deben: primero, descubrir el tipo de interacciones que pueden surgir entre los dos grupos de robots; y después, emplear estas interacciones para ejecutar misiones de forma eficiente.

¿Pueden trabajar en equipo?

La investigación se desarrolló con simulaciones ejecutadas en ARGoS3, un simulador especializado en robótica de enjambres. Los experimentos consideraron dos grupos de robots: un “enjambre activo” conformado por cinco robots que son los encargados de coordinar, y un “enjambre pasivo” compuesto por diez robots, los cuales necesitan ser guiados por el enjambre activo para desarrollar una serie de tareas.

Para crear las estrategias de coordinación entre los grupos, se exploraron métodos de diseño automático y manual de software para los robots.

Estos se probaron en cuatro tareas, en las que interactuaban entre sí. Un reto era que los robots pasivos, que se encontraban dispersos, fueran reunidos por los robots activos.

Otra tarea fue la dispersión: los robots pasivos se encontraban agrupados y los robots activos debían separarlos, con el fin de maximizar la distancia relativa entre ellos. Un tercer reto fue el pastoreo en el que robots activos debían dirigir a los robots pasivos hacia un lugar determinado. Finalmente, en la cuarta actividad, la segregación, los robots activos buscaron separar a los robots pasivos en grupos pequeños.

Al respecto, el investigador señala que, “utilizó métodos de optimización que buscan, combinar y sintonizar diferentes comportamientos modulares (exploración, atracción, repulsión, entre otros)”.

“Estos comportamientos han sido inspirados en la observación de animales sociales como las hormigas, abejas, peces, aves; y han resultado útiles para estudiar robótica colectiva en el pasado”.

El diseño automático modular es capaz de crear comportamientos complejos a partir de la combinación de comportamientos más simples. Por ejemplo, módulos de exploración (desplazamiento aleatorio por el entorno) y fototaxia (desplazamiento dirigido hacia una fuente de luz), estos pueden ser combinados para ayudarles a los robots a buscar y recoger objetos en su entorno, y traerlos hacia un lugar determinado.

“Los resultados evidencian que es posible concebir robots simples con comportamientos pasivos, y luego emplear métodos de diseño automático para crear el comportamiento colectivo adecuado para que otros robots (activos) puedan coordinarlos”, asegura el investigador.

Esta investigación se desarrolló con el apoyo de la UNAL, la Université Libre de Bruxelles e IRIDIA. Tuvo participación de estudiantes de Ingeniería Electrónica de la Universidad de Nariño. En mayo, el magíster fue invitado a participar en la International Conference on Robotics and Automation (ICRA), gran evento de robótica en el mundo, como un comunicador de la ciencia 2022, donde colaboró con el Comité de Publicidad para crear contenido de divulgación sobre robótica.