Correas flexibles permiten a robots resolver laberintos y recoger objetos

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Si se los deja solos, los robots de juguete se deslizarán sin pensar sobre una mesa y divertirán a niños pequeños y gatos.

Pero cuando ingenieros de Princeton emparejaron los pequeños juguetes con una correa flexible, los robots desarrollaron habilidades notables.

Exploraron espacios cerrados, resolvieron laberintos con facilidad e incluso juntaron objetos sueltos en patrones.

“Queríamos tomar agentes sin cerebro e iniciar comportamientos complejos”, dijo Pierre-Thomas Brun, profesor asociado de ingeniería química y biológica y líder del equipo de investigación.

Los investigadores dijeron que conectar los robots con una correa de polímero flexible permitió que las máquinas de dos pulgadas de largo exhibieran computación morfológica, un fenómeno en el que las características físicas, en lugar del cálculo digital, se pueden aprovechar para resolver problemas complejos.

Los hallazgos tienen implicaciones más allá de los usos interesantes para los juguetes robóticos.

Los científicos están buscando formas de controlar enjambres de robots para todo, desde sistemas de vigilancia hasta exploración espacial.

En muchos casos, los investigadores organizan enjambres enseñando a cada robot a responder a señales simples de sus vecinos como un pez nadando en un banco.

El equipo de Brun quería explorar si era posible ejercer control sobre grupos de robots que carecen de poder computacional y que solo responden a entrada física.

Los robots de juguete que utilizó su equipo son un tipo de robot pequeño llamado bristlebots.

Tienen patas diminutas y flexibles y un motor interno vibratorio que impulsa su movimiento de insecto.

Los robots carecen de cualquier tipo de control informático y dependen de la fricción mecánica para dirigirlos.

Los bristlebots, que se venden ampliamente como juguetes, han encontrado un uso en experimentos científicos en los que sustituyen a partículas de gas y bacterias.

El equipo de Brun quería saber si sería posible crear un comportamiento complejo sin usar luces u otras instrucciones externas.

Planearon aprovechar la inteligencia mecánica en la que los sistemas físicos resuelven problemas de la misma manera que una mano agarra una pelota.

La clave fue una correa flexible, que los investigadores crearon con una impresora 3D.

Experimentaron con correas rígidas y otras de flexibilidad variable.

Utilizando cámaras para rastrear a los robots, los investigadores crearon modelos matemáticos que predijeron el comportamiento de los robots emparejados en función de variables que incluían la fuerza de los robots y la longitud y flexibilidad de la correa.

En cada configuración, los investigadores sujetaron una correa al borde delantero de cada microrrobot rectangular.

Con la correa más rígida, básicamente una viga de poliéster rígida, los robots se empujaban entre sí y la pareja apenas se movía.

Pero a medida que los investigadores aumentaron la flexibilidad del poliéster, las correas comenzaron a doblarse cuando los robots empujaban.

Finalmente, las correas se doblaron en una curva en forma de U, lo que permitió a los robots empujar rápidamente hacia adelante hacia la curva de la U, como dos nadadores empujando cada extremo de un flotador con forma de fideo.

La correa que conectaba a los robots controlaba la dirección de la pareja al evitar que cualquiera de ellos se deslizara en una dirección aleatoria. (Este control disminuye cuando la fuerza ejercida por los robots supera un umbral que excede la resistencia de la correa a doblarse).

Los investigadores calcularon el ángulo que permitía a los robots avanzar en una dirección controlada con la mayor velocidad.

Después de haber aprendido a controlar la dirección de los robots emparejados, los investigadores pasaron a los obstáculos.

Descubrieron que, al chocar contra una pared, la correa en forma de U se aplana y hace que uno de los robots se desplace a lo largo de la pared.

Finalmente, la curva de la correa vuelve a aparecer, pero apuntando en una dirección diferente. Esto hace que los robots se alejen de la pared.

El comportamiento permite a la pareja de robots explorar un espacio confinado. También es clave para la capacidad de la pareja de robots de navegar por laberintos.

Además de esto, los investigadores examinaron la capacidad de los robots de pasar por aberturas.

También desarrollaron formas de utilizar los robots para reunir objetos sueltos sobre una mesa en grupos separados.

El proyecto comenzó como el proyecto de tesis de último año de Richard B. Huang. Huang, que se graduó en 2023 con un título en ingeniería química y biológica, dijo que comenzó a trabajar con Brun investigando el comportamiento de robots individuales conectados a una viga elástica.

Un día, conectó dos robots con una correa y “encendí la grabadora para ver qué pasaba”.

“Lo solté y se movió por las paredes del experimento“, dijo Huang, ahora estudiante de doctorado en ingeniería química en el MIT.

“Pensé que era realmente interesante. Y fue entonces cuando las cosas comenzaron a ponerse realmente emocionantes”.

Brun dijo que el equipo planea seguir trabajando en el sistema de correas.

Dijo que les gustaría explorar otros comportamientos y disposiciones con un mayor número de robots atados. Otra posibilidad es aplicar el trabajo a drones que se mueven en tres dimensiones.

Fuente: PNAS