Desarrollan tecnología para controlar enjambres de insectos cíborg

Científicos han desarrollado un algoritmo avanzado de navegación en enjambre para insectos cíborg que evita que se queden atascados mientras navegan por terrenos difíciles.

El nuevo algoritmo representa un avance significativo en la robótica de enjambre. Podría allanar el camino para aplicaciones en socorro en caso de desastres, misiones de búsqueda y rescate e inspección de infraestructuras.

Los insectos cíborg son insectos reales equipados con pequeños dispositivos electrónicos en sus espaldas, que consisten en varios sensores como cámaras ópticas e infrarrojas, una batería y una antena para comunicación, que permiten controlar sus movimientos de forma remota para tareas específicas.

El control de un solo insecto cíborg fue demostrado por primera vez por el profesor Hirotaka Sato de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la NTU de Singapur en 2008.

Sin embargo, un solo insecto es insuficiente para operaciones como las misiones de búsqueda y rescate, donde los sobrevivientes del terremoto están dispersos y existe una ventana óptima de 72 horas para localizarlos.

En 2021 y 2024, el profesor Sato y sus socios de la Home Team Science & Technology Agency (HTX) de Singapur y Klass Engineering and Solutions demostraron cómo los insectos cíborg pueden utilizarse en operaciones de búsqueda y rescate en el futuro.

Este último artículo sobre el nuevo sistema de enjambre utiliza una dinámica de líder-seguidor, en la que un insecto cíborg actúa como líder del grupo y guía a otros 19.

Los coautores del artículo, el profesor Masaki Ogura de la Universidad de Hiroshima y el profesor Wakamiya Naoki de la Universidad de Osaka, desarrollaron el algoritmo de control del enjambre y los programas informáticos, mientras que el profesor Sato de la NTU y su equipo prepararon el enjambre de insectos cíborg, implementaron el algoritmo en las mochilas electrónicas de los insectos y llevaron a cabo los experimentos físicos en Singapur.

Los científicos observaron varios beneficios de su nuevo algoritmo de enjambre durante los experimentos de laboratorio.

Permitir que los insectos cíborg se muevan con más libertad reduce el riesgo de que se queden atascados en obstáculos, y los cíborgs cercanos también pueden ayudar a liberar a los que están atascados o volcados.

Investigaciones anteriores demostraron el control de un solo cíborg o de un grupo controlado por algoritmos que proporcionaban instrucciones detalladas y complejas para insectos individuales, un enfoque que no coordinaría el movimiento de un grupo grande.

Con el nuevo método, el insecto líder es designado primero por el algoritmo, luego se le notifica el destino previsto y su mochila de control se coordinará con la mochila de los demás en el grupo para guiar al enjambre.

Este enfoque de “guía de gira” permite que el enjambre se adapte dinámicamente, ya que los insectos pueden ayudarse entre sí para superar obstáculos, ajustando sus movimientos si un miembro queda atrapado.

Los insectos utilizados son cucarachas silbadoras de Madagascar equipadas con una placa de circuito liviana, sensores y una batería recargable en sus espaldas, que forma un sistema de navegación autónomo que las ayuda a navegar por sus alrededores y las empuja hacia un objetivo.

Estos cyborgs consumen mucha menos energía que los robots tradicionales, que dependen de motores de alto consumo para moverse.

Las patas del insecto proporcionan la locomoción necesaria para mover la mochila, ya que esta empuja al insecto mediante la aplicación de pequeñas estimulaciones eléctricas, guiándolo en una dirección particular.

Cuando se combina con el algoritmo de control de enjambre, los instintos de los insectos les permiten navegar por terrenos complejos y responder rápidamente a los cambios ambientales.

En los experimentos, el nuevo algoritmo redujo la necesidad de empujar a los insectos en un 50% en comparación con los enfoques anteriores, lo que permite a los insectos tener una navegación más independiente sobre los obstáculos y resolver problemas como los insectos atascados o atrapados.

El profesor Sato dijo que se prevé que la tecnología sea útil en misiones de búsqueda y rescate, inspección de infraestructuras y monitoreo ambiental, donde los espacios estrechos y las condiciones impredecibles hacen que los robots convencionales sean ineficaces.

“Para llevar a cabo operaciones de búsqueda e inspección, es necesario inspeccionar grandes áreas de manera eficiente, a menudo en terrenos difíciles y llenos de obstáculos.

El concepto implica el despliegue de múltiples enjambres de insectos cíborg para navegar e inspeccionar estas regiones obstruidas.

Una vez que los sensores de la mochila de un insecto cíborg detectan un objetivo, como humanos en misiones de búsqueda y rescate o defectos estructurales en la infraestructura, pueden alertar de forma inalámbrica al sistema de control”, explica el profesor Sato.

El profesor Sato es famoso por su trabajo pionero en insectos cíborg.

Anteriormente había recibido reconocimiento mundial cuando su investigación fue nombrada una de las 50 mejores invenciones de 2009 de la revista TIME y una de las 10 tecnologías emergentes de 2009 (TR10) por MIT Technology Review.

El profesor Masaki Ogura, de la Escuela de Posgrado de Ciencias Avanzadas e Ingeniería de la Universidad de Hiroshima, y ​​uno de los autores del artículo, afirmó:

“Nuestro algoritmo de control de enjambres representa un avance significativo en la coordinación de grupos de insectos cíborg para misiones complejas de búsqueda y rescate.

Esta innovación tiene el potencial de mejorar en gran medida la eficiencia de la respuesta a desastres y, al mismo tiempo, abrir nuevas vías para la investigación en el control de enjambres.

Subraya la importancia de desarrollar métodos de control que funcionen de manera eficaz en escenarios del mundo real, yendo más allá de los modelos teóricos y las simulaciones”.

El profesor Wakamiya Naoki, de la Escuela de Posgrado de Ciencias de la Información y Tecnología de la Universidad de Osaka, explicó:

“A diferencia de los robots, los insectos no se comportan como pretendemos que lo hagan.

Sin embargo, en lugar de intentar controlarlos con precisión a la fuerza, descubrimos que adoptar un enfoque más relajado y rudo no solo funcionaba mejor, sino que también conducía a la aparición natural de comportamientos complejos, como acciones cooperativas, que son difíciles de diseñar como algoritmos.

“Este fue un descubrimiento notable. Aunque sus acciones pueden parecer aleatorias a primera vista, parece que todavía hay mucho que podemos aprender de los comportamientos sofisticados e intrincados de los organismos vivos”.

Su último avance subraya el potencial práctico de los sistemas biohíbridos para abordar los desafíos del mundo real y la importancia de las colaboraciones de investigación interdisciplinarias globales.

De cara al futuro, el equipo conjunto pretende desarrollar algoritmos que permitan acciones coordinadas de enjambre más allá de los movimientos simples, como el transporte colaborativo de objetos grandes.

También planean realizar experimentos en entornos al aire libre, incluidos los montones de escombros que se encuentran comúnmente en zonas de desastre, para validar la eficacia del algoritmo en escenarios más complejos y del mundo real.

Fuente: Nature communications