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Cómo funcionan los Kilobots

Cómo funcionan los Kilobots
Satisfacer
  1. Crea un enjambre
  2. Kilobot en acción
  3. Pequeño robot, gran impacto
  4. Nota del autor

Crea un enjambre

Controlar un robot en acción puede ser un juego de niños, pero administrar un grupo completo con la misma precisión no es tan fácil ni barato.

Una de las mayores ventajas de Kilobots es su diseño simple y bajo precio. Michael Rubenstein, quien ayudó a desarrollar los robots con otros investigadores de la Universidad de Harvard, dijo que reducir los costos y el tiempo de ensamblaje es una prioridad.

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Cada componente tiene un uso básico, ya sea para moverse o para reportar a amigos mecánicos cercanos. Los kilobots son únicos, ya que permanecen en “modo de espera” hasta que los llama el controlador de tráfico aéreo. Una persona puede activar un grupo completo de Kilobots enviando una señal, en lugar de encender cada robot manualmente.

Si su corazón anhela un Kilobot de 33 mm (1,3 pulgadas), aquí hay una lista básica de lo que necesita para darle vida. [sources: Rubenstein et al., K-Team Corp.]:

  • Una placa de circuito impreso (PCB) redonda que sirve como base para el robot.
  • Una batería de iones de litio recargable, que dura de 3 a 10 horas.
  • Dos motores vibrantes que mueven el robot en círculo y en línea recta (el mismo principio que hace que un teléfono celular se mueva sobre una mesa cuando vibra)
  • Tres pies de soporte rígidos que elevan el robot aproximadamente cuatro quintos de pulgada (2 centímetros) por encima de una superficie determinada
  • Un emisor y receptor de luz infrarroja multidireccional, ubicado debajo del robot
  • Una luz LED, capaz de señalar rojo, verde y azul.
  • Un controlador de tráfico aéreo para transmitir mensajes a través de señales infrarrojas con un diámetro de aproximadamente 1 metro (3 pies) por debajo de la unidad.
  • Una estación de control: una computadora para ingresar comandos
  • Una estación de carga
  • Un área predominantemente plana, ideal para reflejar la luz infrarroja (generalmente una superficie blanca)

¿Terminaste con este bricolaje? Veamos qué pueden hacer los kilobots.

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Kilobot en acción

El Kilobot de la izquierda transmite una señal que hace que salte de la mesa al Kilobot de la derecha, quien la recibe.

Imagen cortesía de Michael Rubenstein, Nicholas Hoff y Radhika Nagpal

Ya lo dijimos. Digámoslo de nuevo: los kilobots están diseñados para ser los probadores definitivos de algoritmos.

Suponga que el personal de emergencia quiere traer robots al lugar en una misión de búsqueda y rescate. Necesitarían saber qué tan bien se pueden comunicar las máquinas entre sí. Aquí es donde los kilobots son especialmente útiles como maniquíes de prueba.

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Cada robot puede enviar una señal infrarroja desde el suelo a otro robot junto a él, lo que le permite sentir dónde está en relación con los demás en el enjambre (ver foto). Rebotar esta señal también puede garantizar que sus vecinos robóticos estén en sintonía sobre cuándo y cómo se debe realizar una tarea. Saber dónde están los otros robots es fundamental para localizar objetos en un entorno determinado y devolverlos a la base.

Hasta ahora, hay tres comportamientos básicos de enjambre que los Kilobots han aprendido: búsqueda de alimento, entrenamiento y control del tiempo.

Forraje así es como se ve: ordene a diferentes robots que se dispersen y exploren el área circundante. Con Kilobots, la idea es reducir el tiempo que lleva excavar en un lugar en particular. Aquí es donde resulta útil informar a otros miembros del enjambre. Michael Rubenstein, un investigador que ayudó a diseñar los robots, dice que la recolección grupal es mucho más efectiva que la individual, especialmente en situaciones de emergencia.

“Si hay un edificio que se derrumbó después de un terremoto y una persona queda atrapada en él, si envía solo un robot, puede llevar mucho más tiempo encontrar a esa persona que si envía un gran grupo de robots. Para encontrarlo, ” él dice. Aunque un edificio derrumbado y una pizarra plana son entornos completamente diferentes, los algoritmos utilizados para navegar entre los dos son similares.

Otro elemento importante de los enjambres efectivos es control de entrenamiento, la capacidad de comportarse al unísono o en una parte específica del clúster. Al mantener la comunicación entre ellos, los Kilobots tienen un sensor de detección virtual que les da a todos una idea realista de dónde se encuentran en el grupo. En lugar de usar hardware para hacer esto, Kilobots se contenta con software básico y algoritmos más avanzados. Realizar comportamientos complejos con la menor cantidad de material posible involucra la mente de Kilobot.

En un sistema donde cada robot debe estar en la misma página, sincronización Preguntas. Si una parte del enjambre necesita realizar una tarea durante un tiempo y luego pasar a otro segundo más tarde, todo el grupo debe tener el mismo reloj interno. Una forma de visualizar esto es imaginar un enjambre de 1,000 kilobots, cada uno usando su propia luz LED para representar un píxel en un video más grande que se puede ver desde arriba. Para saber qué color reportar en un momento dado, cada Kilobot debe usar el mismo reloj.

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Pequeño robot, gran impacto

Aunque son los favoritos del mundo académico, los Kilobots también son prometedores en el mundo real. Son como tableros de dibujo. Supongamos que un investigador inspirado sueña con construir un enjambre de insectos robóticos para polinizar cultivos. Él o ella se beneficiarían de probar primero los Kilobots.

Incluso los robots pequeños pueden arrojar luz enjambre de inteligencia, o el comportamiento colectivo de un grupo y cómo gestionar mejor grandes bandas de robots.

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Tome el transporte público, por ejemplo. Las hormigas usan este comportamiento para traer comida (como las migas de papas fritas) a sus nidos. Los investigadores descubrieron que ciertos individuos, hormigas y robots, juegan un papel especial en el proceso. Algunos pueden crear un camino en cadena que guíe a los recolectores hasta el nido, mientras que otros tienen la tarea de trabajar juntos para transportar el artículo de un lugar a otro. En Kilobot Arena, probar el mismo principio puede ayudar a los robots escolares a detectar y limpiar los desórdenes en un entorno determinado, como los derrames de petróleo, por ejemplo.

También pueden resultar útiles para crear mejores mapas o instantáneas de entornos. Los robots podrían hacer esto explorando un área y creando un mapa de referencia espacial. Otras misiones pueden incluir polinizar cultivos o realizar operaciones de búsqueda y rescate. [source: Rutter].

Michael Rubenstein, uno de los científicos que creó Kilobots, dice que la investigación futura se centrará en la creación de nuevos algoritmos que facilitarán el control de los enjambres. La programación de robots para realizar tareas de transporte público y encontrar formas de crear formas útiles a partir de robots (como la parte colapsada de un edificio, por ejemplo) sigue siendo una prioridad. Quién sabe, tal vez los Kilobots inspiren a los robots que parecen Transformers favoritos de ciencia ficción. La idea es tener robots inteligentes más pequeños que puedan conectarse para formar un extra más grande y poderoso.

Aún así, Rubenstein dice que todavía queda un largo camino por recorrer. Se necesitó mucho tiempo para construir un enjambre de 1.000 robots. Y aunque los kilobots pueden corregirse solos, carecen de precisión cuando se mueven distancias más largas.

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Conoce al Kilobot.  En el sentido de las agujas del reloj, desde la esquina superior izquierda, verá las vistas superior, inferior, lateral y frontal, respectivamente.  También puede ver las diferentes partes de un Kilobot: A) motores de vibración, B) batería de iones de litio, C) patas de soporte, D) transmisor / receptor de infrarrojos y LED E).  Ver más fotos de robots.

Conoce al Kilobot. En el sentido de las agujas del reloj, desde la esquina superior izquierda, verá las vistas superior, inferior, lateral y frontal, respectivamente. También puede ver las diferentes partes de un Kilobot: A) motores de vibración, B) batería de iones de litio, C) patas de soporte, D) transmisor / receptor de infrarrojos y E) LED. Vea más imágenes de robots.

Imagen cortesía de Michael Rubenstein, Nicholas Hoff y Radhika Nagpal

Después de tener una barbacoa extremadamente divertida en el patio trasero con amigos, comienza el proceso de limpieza menos divertido. A pesar de su determinación, es probable que deje algunas migas atrás, y es probable que las sobras de la barbacoa de su patio trasero atraigan a uno de los mejores equipos de la naturaleza.

Todo comienza con un enjambre de hormigas hambrientas que avanzan hacia la pila de astillas trituradas en el hormigón. Pieza a pieza, las hormigas recogen las migas para llevarlas de regreso al hormiguero. Los pequeños insectos trabajan juntos, ayudando a levantar piezas varias veces más grandes. Al actuar colectivamente, logran lo que un individuo no puede hacer solo.

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¿Y si pudiéramos diseñar robots como estas hormigas, capaces de trabajar de forma autónoma y en conjunto? En la mayoría de los casos, la creación de pequeños ejércitos de robots ha sido costosa y requiere mucho tiempo, lo que ha llevado a los científicos a limitarse a las simulaciones de la realidad por computadora.

Entra Kilobot. Los investigadores de la Universidad de Harvard crearon los pequeños robots con la esperanza de crear una forma sencilla y económica de realizar pruebas. algoritmos – o pasos programados para resolver problemas – a través de un grupo de muchos robots. En marzo de 2012, el grupo había creado pequeños enjambres de Kilobots, con el objetivo más amplio de construir un Kilobot “kilobit”: un colectivo de 1.024 individuos (de ahí el nombre del proyecto). [source: Rubenstein].

Estas máquinas simples pueden ayudar a probar y desarrollar comportamientos complejos en otros tipos de robots. Los partidarios de Kilobot dicen que el sistema puede perfeccionar los robots que encuentran y rescatan a las personas de los edificios destruidos o quizás ayudar a limpiar los globos de aceite pegajosos de los entornos contaminados.

Piense en los kilobots como una flota de prueba: no necesariamente tendrán las cualidades, como ruedas, que tendrán otras máquinas. En cambio, son el patio de recreo donde los científicos pueden experimentar y resolver cualquier problema con su programación antes de gastar su dinero en la investigación de robots más grandes y complejos.

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