Imagina un futuro donde pequeños robots voladores puedan buscar sobrevivientes atrapados bajo los escombros después de un terremoto devastador. Inspirados en insectos reales, estos robots podrían moverse ágilmente por espacios reducidos, sorteando obstáculos y escombros que caen. Hasta ahora, los microrobots aéreos solo podían volar lentamente y en trayectorias suaves, lejos de la agilidad de los insectos reales. Pero eso está a punto de cambiar.
El MIT presenta un microrobot ágil como un insecto
Investigadores del MIT han desarrollado microrobots aéreos capaces de volar con una velocidad y agilidad comparables a las de sus contrapartes biológicas. Un equipo colaborativo diseñó un nuevo controlador basado en inteligencia artificial (IA) para este robot, lo que le permite seguir trayectorias de vuelo complejas, como realizar giros continuos.
Este nuevo esquema de control de dos partes combina alto rendimiento con eficiencia computacional. Como resultado, la velocidad y la aceleración del robot aumentaron aproximadamente un 450% y un 250%, respectivamente, en comparación con demostraciones anteriores de los mismos investigadores.
El ágil robot fue capaz de completar 10 volteretas consecutivas en 11 segundos, incluso cuando las perturbaciones del viento amenazaban con desviarlo de su curso.
Un controlador impulsado por IA
El grupo de Kevin Chen, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) del MIT, ha estado construyendo insectos robóticos durante más de cinco años.
Recientemente, desarrollaron una versión más duradera de su pequeño robot, un dispositivo del tamaño de un microcassette que pesa menos que un clip. Esta nueva versión utiliza alas batientes más grandes, lo que permite movimientos más ágiles. Estas alas son impulsadas por un conjunto de músculos artificiales blandos que las agitan a una velocidad extremadamente alta.
El controlador anterior, que actuaba como el “cerebro” del robot, era ajustado manualmente por humanos, lo que limitaba el rendimiento del robot. Para que el robot volara de manera rápida y agresiva como un insecto real, necesitaba un controlador más robusto que pudiera tener en cuenta la incertidumbre y realizar optimizaciones complejas rápidamente.
Sin embargo, un controlador de este tipo sería demasiado exigente computacionalmente para ser implementado en tiempo real, especialmente con la aerodinámica complicada del robot ligero. Para superar este desafío, el grupo de Chen se unió al equipo de Jonathan P. How y, juntos, crearon un esquema de control de dos pasos impulsado por IA que proporciona la robustez necesaria para maniobras complejas y rápidas, y la eficiencia computacional necesaria para la implementación en tiempo real.
¿Cómo funciona el controlador de IA?
El esquema de control se basa en dos pasos:
- Controlador predictivo basado en modelos: Este controlador utiliza un modelo matemático dinámico para predecir el comportamiento del robot y planificar la serie óptima de acciones para seguir una trayectoria de forma segura.
- Política de aprendizaje por imitación: El controlador predictivo se utiliza para entrenar una “política” basada en un modelo de aprendizaje profundo, con el objetivo de controlar el robot en tiempo real. Esta política es el motor de toma de decisiones del robot, que le indica dónde y cómo volar.
Este proceso de aprendizaje por imitación comprime el potente controlador en un modelo de IA computacionalmente eficiente que puede ejecutarse muy rápido.
Rendimiento similar al de un insecto
En sus experimentos, este enfoque de dos pasos permitió que el robot a escala de insecto volara un 447% más rápido, con un aumento del 255% en la aceleración. El robot pudo completar 10 volteretas en 11 segundos, y nunca se desvió más de 4 o 5 centímetros de su trayectoria planificada.
Los investigadores también pudieron demostrar el movimiento de sacudida, que ocurre cuando los insectos se inclinan de manera muy agresiva, vuelan rápidamente a una posición determinada y luego se inclinan hacia el otro lado para detenerse. Esta rápida aceleración y desaceleración ayuda a los insectos a localizarse y ver con claridad.
El futuro de los microrobots
El siguiente paso será añadir sensores y cámaras para que los microrobots puedan volar en exteriores, sin necesidad de estar conectados a un complejo sistema de captura de movimiento. Los investigadores también quieren estudiar cómo los sensores a bordo podrían ayudar a los robots a evitar colisiones entre sí o a coordinar la navegación.
Este trabajo del MIT representa un gran avance en la robótica, abriendo nuevas posibilidades para el uso de microrobots en diversas aplicaciones, desde la búsqueda y rescate hasta la inspección y el monitoreo.
Fuente: MIT News
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