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Cuando las colonias de hormigas armadas buscan alimentos o suministros en el bosque, con frecuencia se encuentran con brechas geográficas que las hormigas individuales no pueden superar.
Entonces construyen puentes usando ellos mismos en lugar de ramitas u hojas. Sin un líder claro a cargo, los insectos de alguna manera deciden unir sus cuerpos para formar un puente vivo que permite que algunas de las hormigas pasen y alcancen el objeto.
Esta es la inteligencia de enjambre, a menudo conocida como inteligencia artificial enjambre. La frase se refiere al comportamiento colectivo coordinado y descentralizado de agentes biológicos o artificiales que actúan en concierto para lograr objetivos.
Las abejas melíferas utilizan la inteligencia de enjambre cuando envían "abejas exploradoras" para localizar posibles nuevas colonias. Cuando las aves migran a los dormideros y forman bandadas para buscar alimento, son el ejemplo perfecto de ello.
Además, los peces lo usan para crear cardúmenes, lo que les da miles de ojos en lugar de solo dos para vigilar a los depredadores. En otras palabras, hay poder e inteligencia en los números.
La disciplina de la robótica de enjambres, que trata de construir grupos de robots básicos que trabajan juntos de manera autónoma para ejecutar tareas que cualquiera de los robots individuales probablemente no podría realizar por sí solo, está motivada por estos comportamientos animales colectivos.
Los robots de enjambre pueden completar tareas complicadas sin ser costosos o muy sofisticados.
En cambio, las directivas básicas como "avanzar hacia una fuente de luz" podrían ser asignadas por algoritmos a cada robot individual. Luego, a través de las interacciones de los robots, se pueden desarrollar comportamientos sofisticados.
Pero en otras situaciones, los robots tienen más dificultades para exhibir estas características emergentes.
Este artículo examinará de cerca la robótica de enjambres, incluidas sus características, aplicaciones y más.
¿Qué es Swarm Robotics?
La robótica de enjambres es el estudio de cómo se pueden construir robots de estructura y comportamiento simples para garantizar que un comportamiento colectivo deseable surja de las interacciones locales entre los robots y las interacciones entre los robots y su entorno.
La robótica de enjambres, en pocas palabras, es el uso de muchos robots que trabajan juntos para resolver problemas mediante el desarrollo de estructuras y comportamientos ventajosos como los que se ven en sistemas naturales como enjambres de abejas, pájaros o peces.
Las ideas de inteligencia de enjambre, o el comportamiento colectivo de sistemas descentralizados y autoorganizados, son la base de la disciplina práctica de la robótica de enjambre (natural o artificial).
La investigación sobre la inteligencia de enjambre está fuertemente influenciada por los sistemas biológicos que se ven en la naturaleza, como colonias de hormigas, cardúmenes de peces, bandadas de pájaros, etc.
Este tipo de enjambres naturales contienen individuos con habilidades muy limitadas y poca comprensión general de la actividad o la comunidad.
Sin embargo, los investigadores han demostrado que estos enjambres pueden exhibir un comportamiento grupal muy complejo e inteligente a través del contacto local con sus vecinos más cercanos y la transferencia de información asociada.
Swarm robotics incorpora estas características y revelaciones. El objetivo es crear robots que, por sí solos, tengan estructuras y comportamientos extremadamente básicos y sean incapaces de realizar la actividad requerida.
Estos robots sencillos, sin embargo, se comunican y trabajan juntos como un grupo o enjambre para realizar la tarea requerida, lo que da como resultado la formación de un comportamiento de enjambre complicado y práctico.
Los robots de enjambre se utilizan actualmente tanto en actividades militares como exploratorias. Es posible que pronto estén presentes en sectores como la minería y la agricultura.
¿Cómo funcionan los robots Swarm?
Los robots de enjambre a menudo miden mucho menos que los robots autónomos estándar (aunque no tan pequeños como un nanobot).
Para completar una tarea, un enjambre de robots, que puede variar en tamaño desde unas pocas docenas hasta más de mil, debe trabajar en conjunto sin problemas.
Esto se logra utilizando un tipo de organización conocida como "inteligencia de enjambre", que promueve un alto nivel de flexibilidad en un sistema compuesto por muchos individuos pero controlado por ninguno de ellos.
Esto se basa en principios biológicos que se observan en manadas de ciertos insectos, animales, bandadas de pájaros e incluso bancos de peces.
Los robots de enjambre esencialmente intentan imitar las habilidades de estas criaturas para mostrar una actividad colectiva en respuesta a la estimulación externa y para completar una tarea.
Un alto grado de redundancia de máquinas permite que un enjambre robótico funcione de manera similar, lo que significa que la pérdida de uno o incluso algunos robots no afectará significativamente la capacidad del enjambre para funcionar como un todo.
Debido a esto, los robots de enjambre pueden implementarse ampliamente en una variedad de situaciones y distribuirse dinámicamente para completar una tarea a pesar de los desafíos que se encuentran en su camino.
Características de los robots de enjambre
- El enjambre de robots debe ser autosuficiente y capaz de detectar y responder a su entorno.
- El enjambre debe ser homogéneo; puede tener varias agrupaciones, pero no debe haber una cantidad excesiva de ellas.
- Cada tarea que se necesita para hacer un enjambre de robots como una unidad debe ser apoyada por un número suficiente de robots.
- Se requiere que todos los robots solo tengan capacidades de detección y comunicación locales con los vecinos de sus socios de enjambre. Esto asegura que la coordinación del enjambre esté dispersa y que el sistema sea escalable.
- Cada robot del enjambre debe ser incompetente e ineficaz para lograr su objetivo principal; por lo tanto, deben trabajar juntos para tener éxito y aumentar el rendimiento.
Aplicaciones
Esperamos poder resolver algunos de los problemas más desafiantes que enfrentamos en este momento gracias a los robots de enjambre. pueden aplicar creatividad humana a casi cualquier circunstancia gracias a su capacidad de escalar y adaptarse a cualquier entorno.
Por ejemplo, ha habido mucha investigación sobre esto como una estrategia potencial para apoyar los ecosistemas que fallan frente al cambio climático y otros desastres naturales.
La robótica de enjambres tiene el potencial de ampliarse para producir abejas e insectos sintéticos que podrían polinizar cultivos y otras plantas importantes para garantizar su supervivencia y evitar una catástrofe catastrófica.
Las tareas que deben completarse en ubicaciones enormes o no estructuradas donde no existe una infraestructura que pueda utilizarse para administrar los robots, como una red de comunicación accesible o un sistema de localización global, son otro posible dominio de aplicación para la robótica de enjambres.
Los enjambres de robots pueden usarse para este tipo de tareas, ya que pueden funcionar de forma independiente sin la ayuda de ninguna infraestructura o coordinación externa.
La exploración planetaria submarina o extraterrestre, el monitoreo, la remoción de minas y la búsqueda y rescate son algunos ejemplos de trabajos en entornos desestructurados y enormes.
Además, se ha sugerido que las técnicas de robótica de enjambre podrían usarse para reemplazar casi por completo las fuerzas convencionales.
En forma de drones autónomos, los robots ya han sido ampliamente utilizados por varias fuerzas aéreas de todo el mundo, y la Marina de los EE. UU. ha experimentado con flotas robóticas que pueden reaccionar ante las amenazas al instante.
Afortunadamente, existen otras aplicaciones mucho más benignas para esta tecnología. El empleo de robots de enjambre para administrar una red de vehículos terrestres o aéreos o para construir una misión exploratoria robusta podría allanar el camino para los vehículos autónomos.
Conclusión
En resumen, Swarm Robotics se está desarrollando y creciendo, y características como la autonomía del robot, el control descentralizado, la capacidad de toma de decisiones en grupo, la alta tolerancia a fallas, etc. hacen que Swarm Robotics sea muy adecuado para resolver problemas prácticos.
Los usos futuros de la robótica de enjambres incluirán la entrega de materiales específicos, la agricultura precisa, la impresión 3D de enjambres, la vigilancia, la defensa, las operaciones de búsqueda y rescate, y muchos más.
Hacer que el proceso de fabricación del enjambre sea económicamente viable y desarrollar un enfoque confiable para construir el algoritmo de control para cada miembro del enjambre son dos de los problemas clave que deben superarse en el camino.
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