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Un robot plegable y descartable del MIT que ya puede hacer varias tareas

En la reunión ICRA (International Conference on Robotics and Automation de IEEE) de 2015 en Seattle, los investigadores del MIT hicieron la demostración de un robot origami en miniatura que se autopliega, y luego puede marchar, nadar, y luego se puede descartar

De hecho, es el título del artículo, donde se plasman todos estos anuncios: a partir de una hoja plana con un imán dentro de ella, el robot se dobla sobre sí mismo en sólo unos segundos y está listo inmediatamente para recorrer el terreno o el agua impulsado por campos magnéticos, y luego, cuando ha cumplido con las tareas a realizar con él, se lo lleva a un depósito de acetona, donde se disuelve. Esta es la primera vez que se pudo demostrar un ciclo de vida completo de este tipo en un robot, y dentro de un tiempo todo esto lo podrá hacer dentro de un cuerpo humano.

El robot desplegado, cuya estructura está hecha de capas de PVC y poliestireno o papel cortadas con láser e intercalados entre sí, y un imán, sólo pesa 0,31 g y mide 1,7 cm de lado. Al colocarlo en una plataforma que le aplica calor, el PVC se contrae y produce pliegues en aquellos lugares donde se han realizado precisos cortes en las capas estructurales.

En menos de un minuto, el robot está terminado y listo para avanzar tranquilamente por el mundo a velocidades de entre 3 y 4 cm/s.

Hay que resaltar que el «motor» del robot en realidad no está del todo integrado en el conjunto autoplegable que se puede disolver. El motor se compone de dos partes: un imán permanente cúbico de neodimio que queda envuelto en el interior del robot, y además un conjunto de cuatro bobinas electromagnéticas debajo de la superficie, que mueven al robot al proporcionar los campos magnéticos que lo impulsan.

A esta altura, usted podría preguntarse para qué se necesita la parte plegada del robot si tienes un campo magnético que puede arrastrar el imán… y hay una buena respuesta. En primer lugar, el campo magnético no arrastra el imán hacia cualquier lugar: el campo es direccional, y se enciende y apaga a una frecuencia de alrededor de 15 Hz. Esto hace que el imán unido al robot oscile hacia atrás y adelante, moviendo junto a él la envoltura plegada. Mientras sucede esto, las «patas» delanteras y traseras del robot (que son parte parte del material plegado) hacen contacto con el suelo alternativamente, y la asimetría del diseño combinada con el punto de equilibrio, ubicado intencionadamente fuera del centro, hace que el robot camine hacia adelante.


El robot de origami y los métodos para moverlo.
(a) Vista del sistema. (b) Patrón de pliegue.
(c) Modo de avance por control basado en torque.
(d) Modo de control de natación basado en la fuerza

Nada de esto funciona en el robot cuando su estructura está plana, sin plegar: tiene que estar doblado en esta forma para poder caminar.

Las otras ventajas de utilizar un robot plegado en lugar de solo el imán son la capacidad de navegar en un líquido, así como la capacidad de realizar con más eficiencia tareas como mover objetos, o introducirse entre ellos. Y este no es el único diseño que se puede utilizar. Por supuesto, se puede optimizar para cualquier tarea que se esté tratando de realizar.


El sistema de bobinas electromagnéticas que impulsan el robot

Esta que se ve en el video es un modelo generalista. Si usted quiere lograr algo realmente de lujo, también se puede hacer que el proceso de plegado tenga varias etapas: un calor suave lleva a la primera configuración, y luego se aumenta el calor, con lo que se podría obtener una segunda etapa de plegado que resulta en un diseño diferente.

Una vez que hayas terminado de jugar con él, se puede llevar al robot a un tanque de acetona, donde será totalmente disuelto (a excepción del imán). También es posible hacer la capa estructural del robot de un material que se disuelva en agua. Hacer que todo el robot se disuelva en el agua es un poco más complicado, pero los investigadores tienen confíanza en que va a ser posible en un futuro próximo. También es posible que en un futuro próximo se integren sensores autoplegables en el cuerpo del robot, lo que podría llevar a un funcionamiento autónomo, y, finalmente, hacer todo dentro de su cuerpo.

 

 

Publicación original: An Untethered Miniature Origami Robot That Self-folds, Walks, Swims, and Degrades, por Shuhei Miyashita, Steven Guitron, Marvin Ludersdorfer, Cynthia R. Sung y Daniela Rus del MIT y TU Munich. Fue presenteda en la reunión ICRA 2015 en Seattle.

Fuente: IEEE. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Un paso importante en la inteligencia artificial

Investigadores en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación de la UCSB están buscando crear cerebros informáticos más inteligentes haciéndolos más similares al nuestro

En lo que marca un importante paso adelante para la inteligencia artificial, los investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara han demostrado la funcionalidad de un circuito neuronal artificial simple. Por primera vez, se probó un circuito de aproximadamente 100 sinapsis artificiales para llevar a cabo una versión sencilla de una tarea humana típica: la clasificación de imágenes.

«Es un paso pequeño pero importante», dijo Dmitri Strukov, profesor de ingeniería eléctrica e informática. Con el tiempo, y más avances, los circuitos se pueden expandir y ampliar hasta acercarse a algo así como el cerebro humano, que tiene 1015 (mil billones) de conexiones sinápticas.

A pesar de sus errores y su potencial de imperfección, el cerebro humano sigue siendo un modelo de poder y eficiencia computacional para ingenieros como Strukov y sus colegas, Mirko Prezioso, Farnood Merrikh-Bayat, Brian Hoskins y Gina Adam. Esto es porque el cerebro puede lograr ciertas funciones en una fracción de segundo, lo que a las computadoras les requeriría mucho más tiempo y energía llevarlas a cabo.

¿Cuáles son estas funciones? Bueno, usted está realizando algunos de ellas en este momento. Al leer esto, su cerebro está haciendo en fracciones de segundo innumerables decisiones sobre las letras y símbolos que usted ve, clasificando sus formas y posiciones relativas entre sí, y derivando diferentes niveles de significado a través de muchos canales de contexto, en menor tiempo que el necesario para escanear esta impresión. Cambie la fuente, o incluso la orientación de las letras, y es probable que todavía sea capaz de leer esto y obtener el mismo significado.

En la demostración de los investigadores, el circuito que implementa la red neuronal artificial rudimentaria pudo clasificar con éxito tres letras («z», «v» y «n») a partir de sus imágenes, cada letra con diferentes estilos o saturadas de «ruido». En un proceso similar a la manera en que los seres humanos escogemos a nuestros amigos a partir de una multitud, o encontramos la tecla correcta en un conjunto de llaves similares, el circuito neuronal sencillo pudo clasificar correctamente las imágenes simples.

«Si bien el circuito era muy pequeño en comparación con las redes prácticas, es lo suficientemente grande como para demostrar el concepto de practicidad», dijo Merrikh-Bayat. Según Gina Adán, si crece el interés en la tecnología, la investigación tomará impulso.

«Y, mientras se propongan más soluciones a los retos tecnológicos de esta tecnología, ésta podrá llegar antes al mercado», dijo.

La clave de esta tecnología es el memristor (una combinación de «memoria» y «resistor»), un componente electrónico cuya resistencia cambia dependiendo de la dirección del flujo de la carga eléctrica. A diferencia de los transistores convencionales, que dependen de la deriva y difusión de electrones y sus huecos a través del material semiconductor, la operación del memristor se basa en el movimiento iónico, similar a la forma en que las células neurales humanas generan señales eléctricas neuronales.

«El estado de la memoria es almacenado como un perfil de la concentración específica de defectos que se pueden mover hacia atrás y adelante en el memristor», dijo Strukov. El mecanismo de memoria iónico tiene varias ventajas con respecto a las memorias sólo a base de electrones, que lo hace muy atractivo para su aplicación en redes neuronales artificiales, añadió.

«Por ejemplo, muchas configuraciones diferentes de perfiles iónicos resultan en un continuo de estados de memoria y por lo tanto una funcionalidad analógica de la memoria», dijo. «Los iones también son mucho más pesados que los electrones y no hacen túnel (efecto cuántico) fácilmente, lo que permite un agresivo escalado de los memristores sin sacrificar sus propiedades analógicas.»

En esto es donde la memoria analógica triunfa sobre la memoria digital: con el fin de lograr la misma funcionalidad tipo cerebro humano con la tecnología convencional, el dispositivo resultante tendría que ser enorme; plagado de multitud de transistores que requerirían mucha más energía.

«Las computadoras clásicas siempre encontrarán un ineludible límite a una computación cerebral eficiente en su propia arquitectura», dice el investigador principal, Prezioso. «Esta tecnología basada en memristores se basa en un camino completamente diferente inspirado en el cerebro biológico para llevar a cabo el cálculo.»

Para ser capaz de acercarse a la funcionalidad del cerebro humano, sin embargo, se necesitarían muchos más memristores para construir redes neuronales más complejas que puedan hacer el mismo tipo de cosas que podemos hacer sin apenas esfuerzo y energía, tales como identificar las diferentes versiones de la misma cosa o inferir la presencia o la identidad de un objeto no en base al objeto en sí, sino en otras cosas en una escena.

Ya existen aplicaciones potenciales para esta tecnología emergente, tales como el proceso de imágenes para medicina, mejorar los sistemas de navegación o incluso en búsquedas basadas en imágenes y no en el texto. El circuito compacto de alta eficiencia energética que los investigadores están tratando de crear implicaría también recorrer un largo camino para crear la clase de computadoras de alto rendimiento y dispositivos de almacenamiento de memoria que se continuarán buscando mucho tiempo luego de que la proliferación de transistores digitales predicha por la Ley de Moore se vuelva demasiado difícil de manejar para la electrónica convencional.

«Lo interesante es que, a diferencia de las soluciones más exóticas, no es difícil imaginar esta tecnología integrada en unidades de procesamiento comunes y dar un impulso serio a los ordenadores del futuro», dice Prezioso.

 

 

Mientras tanto, los investigadores continuarán mejorando el rendimiento de los memristores, escalando la complejidad de los circuitos, y enriqueciendo la funcionalidad de la red neural artificial. El siguiente paso sería integrar una red neuronal de memristores con tecnología de semiconductores convencionales, lo que permitirá manifestaciones más complejas y permitir que este primitivo cerebro artificial haga cosas más complicadas y variadas. Idealmente, de acuerdo con el científico de materiales Hoskins, este cerebro consistiría en billones de este tipo de dispositivos integrados verticalmente uno arriba de otro.

«Hay muchas aplicaciones potenciales; esto sin duda nos da toda una nueva forma de pensar», dijo.

Konstantin Likharev del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Stony Brook también llevó a cabo investigación para este proyecto. Los hallazgos de los investigadores se han publicado en la revista Nature.

Fuente: EurekAlert. Aportado por Eduardo J. Carletti

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La NASA selecciona diseños avanzados de tecnología espacial para su análisis futuro

La NASA ha seleccionado 15 propuestas para estudiar en la fase I de Conceptos Innovadores Avanzados de la NASA (NIAC = NASA Innovative Advanced Concepts), un programa que pretende convertir la ciencia ficción en un hecho científico a través del desarrollo de tecnologías pioneras

La representación de este artista muestra un vehículo robótico blando del becario Mason Peck en la solicitud NIAC 2015 Phase I para entornos planetarios en misiones que no se pueden lograr con sistemas de energía convencionales. Se asemeja a un calamar, con estructuras similares a tentáculos que sirven como «recolectores de energía» electrodinámicos cosechando energía de los campos magnéticos locales cambiantes. El objetivo es permitir la exploración anfibia de las lunas de los gigantes gaseosos, como Europa. Créditos: NASA / Cornell University / NSF

Las propuestas elegidas cubren una amplia gama de diseños de invenciones, seleccionados por su potencial para transformar las misiones aeroespaciales futuras. Esta tecnología innovativa es promisoria para acelerar el progreso de la NASA hacia sus objetivos de exploración más allá de la órbita baja de la Tierra, y misiones a un asteroide y Marte.

«Las últimas selecciones de NIAC incluyen una serie de conceptos impactantes», dijo Steve Jurczyk, administrador asociado para la Dirección de Misión Tecnología Espacial (STMD = Space Technology Mission Directorate) en la sede de la NASA en Washington. «Estamos trabajando con los innovadores americanos para reimaginar el futuro de la industria aeroespacial y enfocar nuestras inversiones en diseños para hacer frente a los desafíos de intereses actuales, tanto en el espacio y en la Tierra.»

Los premios de NIAC Fase I se valoran en aproximadamente u$s 100.000, proporcionando a los premiados los fondos necesarios para llevar a cabo un estudio de nueve meses de definición y análisis inicial de sus diseños. Si los estudios básicos de viabilidad tienen éxito, los premiados pueden solicitar los premios de la Fase II, por un valor de hasta u$s 500.000 para dos años adicionales de desarrollo de conceptos.

«La mayoría de los candidatos finales de la 2.015 NIAC Fase I eran excepcionales, y elegir sólo 15 de ellos resultó ser un reto», dijo Jason Derleth, encargado del programa NIAC. «Estamos ansiosos por ver cómo cada nuevo estudio va a empujar los límites y explorar nuevos enfoques; que es lo que hace único al NIAC.»

Una de las propuestas seleccionadas propone el uso de un rover robótico blando para misiones que no es posible lograr con los sistemas de energía convencionales. Este vehículo explorador se asemejaría a una anguila con una antena corta en su parte posterior que cosecha la energía de los cambios de los campos magnéticos locales. El objetivo es permitir la exploración anfibia de las lunas de los gigantes gaseosos, como Europa.

Otra propuesta verá de usar dos vehículos aéreos planeadores no tripulados conectados por un cable ultra-fuerte a diferentes altitudes que navegan a vela, sin propulsión. El vehículo usaría la frontera de viento en la estratosfera inferior (a aproximadamente 18.000 metros). Similar a una cometa (barrilete, en Argentina) surfista, en la que la aeronave superior ofrece fuerza de ascenso y empuje aerodinámico, y la aeronave más baja proporciona una fuerza contra el viento para evitar que se derive por el viento. Si tiene éxito, este satélite atmosférico podría permanecer en la estratosfera durante años, permitiendo a las misiones científicas de la Tierra de la NASA monitorear capacidades o navegación de aeronaves a una fracción del costo de las redes de satélites orbitales.

La Cryogenic Reservoir Inventory by Cost-Effective Kinetically Enhanced Technology (CRICKET) empleará un nuevo concepto de movilidad para explorar las regiones en sombra permanente (PSR = Permanently Shadowed Regions) en la Luna. Los volátiles almacenados en zonas polares lunares y en otros cuerpos (como el hidrógeno, el nitrógeno y el agua) son importantes no sólo para la ciencia, sino también para la exploración en el contexto de utilizar recursos in situ (ISRU = In Situ Resource Rtilization). CRICKET considera diferentes arquitecturas para robots simples, relativamente económicos, que operan como miembros de una colmena para explorar las PSR, localizar las áreas donde hay hielo de agua en o cerca de la superficie, y transmite esta información a la Tierra. CRICKET considera diferentes criterios para moverse en la superficie en un enfoque biomimético: rastreadores, saltadores y robots pequeños del estilo de pelotas de futbol, un diseño llamado buckey-bot en el que varias de las caras actúan como almohadillas para impulsar el bot a través de la superficie. En el Buckbot APL, una cara está equipada con sensores para buscar la presencia de agua y otros volátiles, tanto en estado libre como en compuestos. El concepto CRICKET consta de tres elementos, cada uno llevado a la mayor simpleza posible: un orbitador (la «reina» para recolectar datos, controlar la ubicación y la comunicación), un transporte (la «colmena», para la recolección de datos, la navegación, la fuente de energía y la dispersión en el superficie), y los «crickets» (grillos). Cada elemento es una extrapolación razonable de los existentes CubeSat y/o de tecnología comercial. Cada grillo lleva unos pequeños espectrógrafos SWIR (Short Wave Infra Red = Infrarrojos de Onda Corta) y Ultravioleta Lejano en diseño MEMS (Microelectromechanical Systems = Sistemas microelectromecánicos), lámpara de xenón, una prosbosis con elemento de calefacción y bigotes para la caracterización de los compuestos volátiles. Se utilizan varios grillos para lograr un mapa de alta resolución y para mitigar el riesgo de fracaso.

La NASA solicita conceptos visionarios a largo plazo para el desarrollo tecnológico basados en su valor potencial para misiones espaciales futuras y actuales. Los proyectos son elegidos por medio de un proceso de revisión que evalúa su posible enfoque, técnica y beneficios que se puedan realizar en un plazo razonable. Todos los conceptos están en un ciclo de desarrollo muy temprano, y representan varias áreas de tecnología, incluyendo la propulsión de aeronaves, de soporte de vida humana, instrumentos científicos, conceptos robóticos únicos, y la exploración de otros caminos de tecnología diversa necesarios para cumplir con los objetivos estratégicos de la NASA.

Las primeras inversiones y asociaciones de la NASA con científicos con visión de futuro, ingenieros y ciudadanos inventores de todo el país proporcionará dividendos tecnológicos y ayudará a mantener el liderazgo de Estados Unidos en la economía global de tecnología.

 

 

NIAC forma parte del Directorio de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA, que innova, desarrolla, prueba y lleva a su vuelo hardware para su uso en futuras misiones de la NASA. Durante los próximos 18 meses, la Dirección hará nuevas inversiones importantes para hacer frente a varios retos de alta prioridad en la consecución de una exploración segura y asequible del espacio profundo.

Para obtener una lista completa de las propuestas seleccionadas y más información acerca de CANI, visite: http://www.nasa.gov/niac

Fuente: NASA. Aportado por Eduardo J. Carletti

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