“Robots tontos” logran tareas mediante el aprovechamiento de características físicas

Para que las swarmas de robots actúen colectivamente, los investigadores deben coreografiar sus interacciones confiando en algoritmos y componentes avanzados. Sin embargo, si los robots son simples y carecen de programación avanzada, el comportamiento coordinado rara vez se logra.

Dana Randall, profesora ADVANCE de Computación y Daniel Goldman, profesor Dunn Family, han liderado un equipo de investigadores en el Instituto de Tecnología de Georgia para abordar este problema. El equipo se propuso demostrar cómo los robots simples aún pueden lograr tareas que van más allá de las capacidades de uno.

La investigación se publicó en la revista Science Advances el 23 de abril.

Robots tontos logran tareas complejas

Llamados “robots tontos”, el equipo utilizó básicamente partículas granulares móviles, y estas son lo que se propusieron demostrar que pueden lograr tareas complejas. Los investigadores informaron que pudieron eliminar todos los sensores, la comunicación, la memoria y la computación de los robots, y aprovecharon las características físicas de los robots para completar un conjunto de tareas. Según el equipo, esta característica se llama “encarnación de tareas”.

Los BOBbots, que significa “bots que se comportan, organizan, zumban”, fueron nombrados en honor a Bob Behringer, un pionero en la física granular.

Los robots son “tan tontos como pueden ser”, dice Randall. “Sus chasis cilíndricos tienen cepillos vibrantes debajo y imanes sueltos en su periferia, lo que hace que pasen más tiempo en lugares con más vecinos”.

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Simulaciones por computadora

Además de la plataforma experimental, el equipo también se basó en simulaciones por computadora precisas lideradas por Shengkai Li, un estudiante de física de Georgia Tech. Estas simulaciones ayudaron a estudiar varios aspectos del sistema que no podían ser examinados en el laboratorio.

Los BOBbots son extremadamente simples, pero los investigadores aún demostraron que cuando los robots se mueven juntos y chocan entre sí, “se forman agregados compactos que son capaces de limpiar escombros que son demasiado pesados para que uno solo los mueva”, explica Goldman. “Mientras que la mayoría de las personas construyen robots cada vez más complejos y costosos para garantizar la coordinación, queríamos ver qué tareas complejas podrían ser logradas con robots muy simples”.

El trabajo del equipo se inspiró en un modelo teórico de partículas que se mueven en un tablero de ajedrez, y para estudiar un modelo matemático de los BOBbots, se desarrolló una abstracción teórica llamada sistema de partículas autoorganizadas. Al aprovechar la teoría de la probabilidad, la física estadística y los algoritmos estocásticos, el equipo pudo demostrar que a medida que aumentan las interacciones magnéticas, el modelo teórico pasa por un cambio de fase. Cambia rápidamente de disperso a agregado, formando clusters compactos similares a sistemas como el agua y el hielo.

Randall también es profesora de ciencias de la computación y profesora adjunta de matemáticas en Georgia Tech.

“El análisis riguroso no solo nos mostró cómo construir los BOBbots, sino que también reveló una robustez inherente de nuestro algoritmo que permitió que algunos de los robots fueran defectuosos o impredecibles”, dice Randall.