15/Ene/04

Los insectos sirven de modelo para desarrollar robots

TEMAS: Biología, Zoología, Entomología, Insectos, Capacidades, Robots

Los ojos de los insectos tienen, en su simplicidad, capacidades que les han permitido sobrevivir centenares de millones de años en condiciones cambiantes y en entornos extremadamente difíciles y competitivos. ¿Por qué no copiarlos para construir robots y sistemas de visión para máquinas?

El tema de moda es Marte, y como los robots serán nuestros representantes allí por un tiempo, los científicos están convencidos de que es necesario darles mayores capacidades y posibilidades de "sobrevivir". Entre otras cosas, ya que el planeta rojo tiene atmósfera, unos diminutos robots voladores podrían ser muy útiles para recorrerlo y explorar. Y los insectos son los voladores más diminutos, prácticos y "probados" que conocemos .

Los insectos tienen una extrema precisión en su visión. No como la nuestra, pero sí útil y adaptada a sus necesidades. El programa Controlled Biological and Biomimetic Systems (Sistemas Biológicos y Biomiméticos Controlados) de la DARPA (Estados Unidos), apoya a un equipo de científicos que busca desarrollar una nueva clase de vehículos aéreos no tripulados (sus iniciales en inglés son UAV: "unmanned aerial vehicles") y darles las capacidades que poseen prácticamente todos los insectos: volar, buscar, escapar e incluso perseguir.

Los UAVs pequeños deben volar cerca del suelo, navegar por terrenos complejos y pesar unos pocos gramos. Los UAVs de mayor tamaño que vuelan a grandes altitudes emplean mecanismos sensores con tecnologías GPS (posicionamiento global por satélite) o de radar. Esas tecnologías no se pueden utilizar cuando se trata de vehículos de pequeña escala. Un radar es un instrumento que necesita mucha energía y es relativamente voluminoso, por lo que es difícil incorporarlo a vehículos pequeños. El GPS carece de precisión cuando se debe volar a baja altura y no es posible programar cada edificio y cada arbusto en un sistema de piloto automático. Por otra parte, la tecnología GPS depende de satélites y no está implementada en otros planetas.

La idea entonces es crear paquetes de visión artificial inteligente que pesen apenas unos gramos y contengan la óptica, el hardware y el software mínimos nececesarios. En nuestro planeta tenemos ejemplos vivos que ya lo han logrado: los insectos. Por eso los investigadores han puesto la mirada en estas criaturas, que se las arreglan con cerebros que pesan menos de un miligramo.

"Los insectos son una fuente natural de inspiración para el desarrollo aeroespacial, básicamente porque fueron las primeras criaturas que volaron, hace unos 300 millones de años", dijo Javaan Chahl, de la División de Sistemas de Armas de la Defence Science and Technology Organisation (Organización de Ciencia y Tecnología para la Defensa) de Australia. Chahl está trabajando junto con el profesor M.V. Srinivasan, director del Centro de Ciencias Visuales de la Universidad Nacional de Australia, en el diseño de sistemas de visión y navegación inspirados en la abeja común.

Si bien los insectos ven la totalidad de la esfera visual (los seres humanos vemos sólo un 30 por ciento de ella), sus ojos se encuentran ubicados demasiado próximos como para funcionar estereocópicamente y proporcionarles información confiable en lo que respecta a profundidad. Sin embargo, ese hecho no ha impedido que estas criaturas, a pesar de sus diminutos cerebros y ojos de baja resolución, se muevan en entornos complejos y atestados de objetos. La clave radica en comprender la manera en que los insectos perciben su mundo, un concepto denominado "flujo óptico".

"El principio consiste sencillamente en que si el insecto vuela describiendo una línea recta, los objetos próximos parecerían pasar mucho más rápido en el ojo que los objetos que están alejados", explicó Srinivasan. De ese modo, la distancia a un objeto puede deducirse a partir de la velocidad de su imagen en el ojo: cuanto mayor es la velocidad, más cerca se encuentra el objeto.

Entre los modelos de navecillas voladoras que está desarrollando el equipo hay una que no es mucho más que una cámara de video en miniatura. La cámara transmite señales a una estación que analiza las imágenes para calcular el flujo óptico y luego envía de vuelta las instrucciones correspondientes. Han programado dos demostraciones que se llevarán a cabo en la NASA este año con el objetivo de determinar si se puede incluir esta tecnología en las sondas que se envíen a Marte en el futuro.

Geoffrey L. Barrows, CEO (director ejecutivo) de Centeye, está empleando un abordaje diferente: la firma está desarrollando sensores de flujo óptico que captan y procesan imágenes en forma simultánea.

Estos chips de imágenes, que utilizan circuitos y algoritmos que toman como base los sistemas visuales de los insectos, imitan una retina inteligente al "digerir" en forma parcial la imagen antes de enviar los datos al procesador. Los sistemas de visión convencionales, en cambio, son grandes recolectores de datos que necesitan procesar megabytes de datos brutos utilizando procesadores de gran consumo antes de extraer información útil.

"Se puede decir que nuestros chips de imágenes son chips de redes neuronales, aunque sumamente especializados en una tarea específica", explicó Barrows. "Generan kilobytes de información por segundo, pero cada bit es mucho más valioso, lo cual nos permite aumentar la velocidad de cuadro a miles de cuadros por segundo, capturar sucesos que de otro modo se perderían, e incluso utilizar un microcontrolador simple de 8 bits en lugar de un CPU Pentium para el procesador".

Utilizando componentes estándar de los que emplean los hobbystas, Barrows ha construido una aeronave que parece de juguete, con sistemas de visión —incluyendo chips de imágenes y procesadores— que consumen una pequeña fracción de un watt de potencia y están equipados con sensores que pesan menos de 5 gramos. La navecilla entera no supera los 100 gramos. El grupo ya logró hacerla volar a una altitud constante, ascender y descender, y evitar colisiones con árboles y edificios. Si bien de momento los sensores son bastante primitivos, Barrows imagina un chip totalmente inteligente con circuitos que le permitan ver en longitudes de onda infrarrojas y ultravioleta.

"Nuestro sistema de visión artificial tiene en la actualidad una potencia de entre el 1 y el 5 por ciento de la potencia del sistema de una mosca de la fruta", indicó Barrows. "En lugar de aplicar la ley de Moore para proporcionar una mayor cantidad de pixeles por imagen, la utilizaremos para incrementar la cantidad de circuitos por pixel y permitir que el chip de imágenes capture más información útil". Un chip así no está tan lejos de las capacidades actuales.

Además de las aplicaciones militares, esta tecnología posee un enorme potencial para el campo comercial: sistemas inteligentes para vehículos, robots autónomos, juguetes inteligentes, sistemas de imágenes panorámicas y sensores que asistan a las personas con afecciones visuales, por nombrar sólo algunas posibles aplicaciones.

El profesorAdrian Horridge, un neurobiólogo que trabaja con la Universidad Nacional de Australia, indica que cree que en los próximos cinco años veremos aviones no tripulados en las rutas de aerotransporte de carga más importantes. Chahl, de la Defence Science and Technology Organisation, prevé otros avances revolucionarios para el futuro. "Me animaría a decir que en el curso de 15 años habrá aeronaves sumamente pequeñas con conductas y funciones similares a las de una abeja, como recolección, limpieza, monitoreo, etc.".

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