Robótica de enjambre

La robótica de enjambre es una rama de la robótica que utiliza los métodos de sistemas de inteligencia distribuida con múltiples robots. Esto generalmente implica el uso de robots simples, incluso simplistas y económicos de interés individual bastante limitado, pero que juntos (por ejemplo, a través de capacidades de autoensamblaje o autoorganización ) forman un sistema complejo y robusto.

Swarm Robotics busca estudiar el diseño y comportamiento de los robots. Las reglas relativamente simples pueden dar lugar a un conjunto complejo de comportamientos en enjambre incluso a comportamientos emergentes . Un componente clave del enjambre es la comunicación entre sus miembros, estableciendo un sistema de circuitos de retroalimentación que apunta a la cooperación grupal.

Orígenes y bioinspiración

La robótica de enjambres está inspirada en estudios entomológicos sobre insectos sociales como hormigas , termitas o abejas , o el comportamiento de grupos o cooperación de otros organismos (bacterias, gusanos (por ejemplo, Lumbriculus variegatus ) bancos de peces (sardinas por ejemplo), aves ( estorninos), etc. El interés es la capacidad de estos simples agentes para producir colectivamente sistemas inteligentes  ; de esta manera, juntos realizan tareas inasequibles para un solo insecto Swarm robotics busca hacer lo mismo con simples robots Como veremos más adelante, propiedades interesantes resultan de esta situación.

Ventajas y desventajas

Los beneficios más comúnmente citados son:

Hasta la fecha, los enjambres de robots solo pueden completar tareas relativamente simples, a menudo están limitados por su necesidad de energía. De manera más general, las dificultades de interoperabilidad cuando queremos asociar robots de diferentes tipos y orígenes también siguen siendo muy limitantes.

Propiedades

A diferencia de la mayoría de los sistemas robóticos distribuidos, la robótica de enjambre enfatiza una gran cantidad de robots y promueve el escalado , por ejemplo, el uso de comunicaciones locales en forma de infrarrojos o inalámbricas .

Se espera que estos sistemas tengan al menos las siguientes tres propiedades:

  1. robustez, que implica la capacidad del enjambre de seguir funcionando a pesar de las fallas de ciertos individuos que lo componen y / o los cambios que puedan ocurrir en el entorno;
  2. flexibilidad, que implica capacidad para proponer soluciones adaptadas a las tareas a realizar;
  3. el "escalado" , que implica que el enjambre debe funcionar independientemente de su tamaño (a partir de un cierto tamaño mínimo).

Según Sahin (2005) y Dorigo (2013) en un sistema de enjambre robótico, en el enjambre:

Programación

Robótica evolutiva

Grado de autonomía

La autonomía implica que un robot puede gobernarse a sí mismo por sus propias leyes, posiblemente en un enjambre (luego aceptando las leyes del enjambre).

De acuerdo con Huang (2008) un sistema cibernético es autónoma si se puede "percibir, analizar, comunicar, planificar las decisiones de marca y el acto, con el fin de alcanzar los objetivos asignados por un operador humano o por otro sistema con el que se comunica el sistema.» Y esta autonomía se puede cuantificar en tres ejes:

  1. independencia de los humanos;
  2. complejidad de la tarea;
  3. complejidad del medio ambiente.

La agencia europea de investigación en robótica ha elegido para su hoja de ruta 2020: 11 niveles de autonomía para los robots, recordando que los factores ambientales, el coste de una mala decisión, el tiempo durante el cual el robot debe ser autonomía, así como "la amplitud de las decisiones que puede tomar, influir en la atribución de los niveles de autonomía de un sistema para una determinada tarea ” .

Según T Sotiropoulos (2018), el sistema debe tener tanto sensores para percibir su entorno como actuadores para actuar sobre este entorno a través de elecciones preprogramadas o realizadas mediante inteligencia artificial . Un sistema autónomo debe poder tener en cuenta las incertidumbres y los cambios en su entorno; su nivel de autonomía está, por tanto, ligado a su capacidad para analizar los datos adquiridos por sus sensores, así como a su capacidad de planificación / decisión a corto, medio y largo plazo.

Estudios; Investigación y desarrollo

En los años 1990-2020, la ingeniería de enjambres de robots sigue siendo un sector emergente, que se basa en particular en la ciencia de la inteligencia de enjambres; Desarrolla muchos temas de I + D que incluyen:

  1. el canal "jerárquico" (control ascendente-descendente, descendente);
  2. el camino de la "autoorganización" (estructuras de reacción-difusión de tipo Turing)
Las pruebas ya han demostrado que los comportamientos puramente autoorganizados hacen posible producir morfologías emergentes en grandes enjambres de robots reales, que luego son capaces de organización colectiva sin autolocalización, solo en base a unas pocas interacciones locales con sus vecinos. De este modo, 300 robots pudieron construir formas orgánicas y adaptables, resistentes a los daños. Un equipo está trabajando (2018) en un robot con un sistema similar a una impresora 3D integrada en su extremo, depositando un material termoplástico, lo que le permite crecer, un poco como la raíz de una planta en el suelo o una enredadera.

Aplicaciones

La robótica de enjambres todavía se estudia principalmente en el laboratorio , pero se han identificado una serie de tareas para las que existen aplicaciones en este campo. Así, parece perfectamente adecuado para tareas de vigilancia, exploración o limpieza de áreas, como monitorear la contaminación de un lago, o usar drones aéreos para controles meteorológicos o militares, exploración espacial. También se prevé utilizarlos para tareas generalmente realizadas por seres humanos, pero que resultan especialmente peligrosas. Entonces, un enjambre podría cubrir un campo minado y los robots serían sacrificados en las minas, evitando así que explotaran sobre alguien. Las propiedades de los enjambres también los hacen adecuados para todas las tareas que requieran cambios de escala o redundancia y, en general, para todas las tareas que requieran dotación masiva, como la recolección o la minería.

Notas y referencias

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Ver también

Artículos relacionados

Bibliografía