Esquema sorprendentemente simple para el auto montaje de robots

En 2011, cuando senior del MIT llamado John Romanishin propuso un nuevo diseño de robots modulares a su profesora de robótica, Daniela Rus, ella dijo, «Eso no se puede hacer»

Dos años más tarde, Rus mostró a su colega Hod Lipson, un investigador de robótica en la Universidad de Cornell, un video de prototipos de robots en acción, basados en el diseño de Romanishin. «Eso no se puede hacer», dijo Lipson.

En noviembre, Romanishin —ahora un científico de investigación en Ciencias de la Computación del MIT y el Laboratorio de Inteligencia Artificial (CSAIL)—, Rus y el postdoctorado Kyle Gilpin dejarán establecido de una vez por todas que se puede hacer, cuando presenten un artículo que describe sus nuevos robots en la Conferencia Internacional de Robots y Sistemas Inteligentes de IEEE/RSJ.

Conocido como M-Blocks, los robots son cubos sin partes móviles externas. Sin embargo, son capaces de pasar por encima y alrededor de otro, saltar en el aire, rodar por el suelo, e incluso moverse mientras están suspendidos boca abajo en superficies metálicas.

Dentro de cada M-Block hay un volante que puede alcanzar una velocidad de 20.000 revoluciones por minuto, cuando el volante se frena, imparte su momento angular al cubo. En cada extremo de un M-Block y en todas las caras hay unos imanes permanentes hábilmente dispuestos que permiten que dos cubos cualquiera se unan entre sí.

«Es una de esas cosas que la comunidad [de robótica modular] ha estado tratando de hacer desde hace mucho tiempo», dice Rus, profesor de ingeniería eléctrica e informática y director del CSAIL. «Nosotros sólo necesitábamos una visión creativa y alguien que era bastante apasionado a seguir insistiendo en ella… a pesar de estar desalentado.»

La abstracción personificada

Como Rus explica, los investigadores que estudian los robots reconfigurables han utilizado durante mucho tiempo una abstracción llamada el modelo del cubo deslizante. En este modelo, si dos cubos están cara a cara, uno de ellos puede deslizarse por el lado del otro y, sin cambiar la orientación, deslizarse a través de su parte superior.

El modelo de cubos deslizantes simplifica el desarrollo de algoritmos de auto-ensamblaje, pero los robots que los implementan tienden a ser dispositivos mucho más complejos. El Grupo Rus, por ejemplo, desarrolló tiempo atrás un robot modular denominado la molécula, que consistía en dos cubos conectados por una barra en ángulo y tenía 18 motores separados. «Estábamos muy orgullosos de él en ese momento», dijo Rus.

Según Gilpin, los sistemas de robots modulares actuales también son «estáticamente estables», lo que significa que «puede detener el movimiento en cualquier momento y se quedarán donde están». Lo que permitió a los investigadores del MIT simplificar drásticamente el diseño de sus robots fue renunciar al principio de estabilidad estática.

«Hay un momento en que, esencialmente, el cubo está volando por el aire», dice Gilpin. «Y usted depende de los imanes para ponerlo en la alineación cuando aterriza. Eso es algo totalmente único en este sistema «.

Eso es también lo que produjo el escepticismo de Rus sobre la propuesta inicial de Romanishin. «Le solicité que construyera un prototipo», dice Rus. «Entonces dije: ‘OK, tal vez me equivoqué».

Adherirse en el aterrizaje

Para compensar su inestabilidad estática, el robot de los investigadores se basa en algo de ingeniería ingeniosa. En cada arista de un cubo hay dos imanes cilíndricos, montados como los ejes de balanceo. Cuando dos cubos se aproximan entre sí, los imanes rotan naturalmente, de modo que alinean sus polos norte con el sur, y viceversa. Cualquier cara de cualquier cubo puede así unirse a cualquier cara de cualquier otro.

Los bordes de los cubos también están biselados, así que cuando dos cubos están cara a cara, hay una ligera separación entre los imanes. Cuando un cubo comienza a moverse encima de otro, los biseles, y por lo tanto los imanes, se tocan. La conexión entre los cubos se convierte en mucho más fuerte, anclando el pivot. En cada cara de un cubo hay cuatro pares de imanes más pequeños, dispuestos simétricamente, que ayudan a ubicar un cubo en movimiento en su lugar cuando aterriza en la parte superior de otro.

Al igual que con cualquier sistema de robot modular, se espera poder miniaturizar los módulos: el objetivo final de la mayoría de este tipo de investigación es lograr hordas de microbots que se auto-ensamblen como los androides «de acero líquido» en la película «Terminator II. «Y la simplicidad del diseño de los cubos hace que la miniaturización sea prometedora.

Pero los investigadores creen que una versión más refinada de su sistema podría ser útil incluso en algo similar a su escala actual. Ejércitos de cubos móviles podrían reparar temporalmente puentes o edificios en situaciones de emergencia, o elevarse y volver a configurar andamios para la construcción de proyectos. Podrían reunirse en diferentes tipos de mobiliario o equipo pesado cuando sea necesario. Y podrían pululan en ambientes hostiles o inaccesibles para los seres humanos, diagnosticar problemas y reorganizarse para ofrecer soluciones.

Fuerza en la diversidad

Los investigadores también imaginan que entre los cubos móviles podría haber cubos de propósito especial, conteniendo cámaras, o luces, o paquetes de baterías y otros equipos, que los cubos móviles podrían transportar. «En la gran mayoría de los otros sistemas modulares, un módulo individual no puede moverse por sí mismo», dice Gilpin. «Si se le queda uno de ellos en el camino, o algo va mal, puede reunirse con el grupo sin problema.»

«Es una de esas cosas por las que uno se da patadas por no haberlas pensado», dice Lipson, de Cornell. «Es una solución de baja tecnología a un problema que la gente ha estado tratando de resolver con enfoques de tecnología extraordinariamente elevada.»

«Lo que hicieron que es muy interesante es que mostraron varios medios de locomoción», añade Lipson. «No es sólo un cubo que rota de un tirón alrededor de otro, sino varios cubos trabajando juntos, varios cubos moviendo otros cubos… una gran cantidad de otros modos de movimiento que realmente abren la puerta a muchas, muchas aplicaciones, más allá de lo que las personas suelen tener en cuenta cuando se habla de autoensamble. Ellos rara vez piensan en partes arrastrando otras partes… ese tipo de comportamiento de grupo cooperativo».

En el trabajo en marcha, los investigadores del MIT están construyendo un ejército de 100 cubos, cada uno de los cuales puede moverse en cualquier dirección, y en el diseño de los algoritmos para guiarlos. «Queremos que los cientos de cubos, dispersos al azar sobre el suelo, sean capaces de identificarse mutuamente, unirse, y transformarse en una silla o un escritorio de forma autónoma, cuando se lo requiera», dice Romanishin.

Fuente: MIT. Aportado por Eduardo J. Carletti

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