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¿Para qué sirve un robot del tamaño de un céntimo? Insectos autómatas al rescate

Los microrrobots son capaces de correr, saltar y hasta volar. Inspirados en gusanos, hormigas o abejas reales, llegan a formar auténticos ejércitos gracias a su inteligencia artificial colectiva. ¿Vendrán a rescatarnos cuando se produzcan desastres naturales? ¿Construirán nuestras casas? ¿Polinizarán los cultivos del futuro?

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El ejército de 1024 kilobots que han conseguido en la Universidad de Harvard (Foto: Michael Rubenstein)

El ejército de 1024 kilobots que han conseguido desarrollar en la Universidad de Harvard

Decenas de arácnidos recorren la estancia apoyándose en sus largas patas. No son ni negros ni pardos, sino de un gris metalizado. Tienen una misión en su robótica mente: buscar humanos e identificarlos a través del reconocimiento de su iris. Nadie puede escapar a estas arañas espía. Aunque esta escena continúa perteneciendo a la ficción, los avances en microrrobótica recuerdan cada vez más al universo que planteaba Steven Spielberg en 'Minority Report'.

Desde que en los años 90 comenzara a desarrollarse este campo de investigación, no se puede negar que los autómatas de menor tamaño han evolucionado como especie. Muchos científicos se han inspirado precisamente en la madre naturaleza para crear microrrobots similares a insectos, y en los últimos años hemos asistido al nacimiento de moscas, abejas, hormigas, saltamontes e incluso gusanos robóticos . Además de impresionarnos con sus singulares movimientos, estos automátas tendrán otras aplicaciones.

LA MICROROBÓTICA: ¿CUESTIÓN DE TAMAÑO?

La microrrobótica no es un ámbito de fronteras definidas, ya que estos autómatas son en general mucho más grandes que una micra. "Cuando hablamos de microrrobots nos referimos a sistemas que tienen unas dimensiones más contenidas y con un consumo energético menor", explica a  HojaDeRouter.com José María Armingol, catedrático en el Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad Carlos III de Madrid. "Estamos hablando de sistemas que pueden actuar de forma individual, pero que también pueden cooperar para desarrollar tareas más complicadas", detalla este investigador.

Muchos son autómatas bioinspirados: al igual que los robots humanoides se asemejan a las personas, los investigadores se han basado en los movimientos de los músculos de los pequeños invertebrados para diseñar estas máquinas. Sarah Bergbreiter, investigadora en la Universidad de Maryland, mostraba en una conferencia TED a los microrrobots de cuatro milímetros que han desarrollado en su laboratorio: saltan casi cuarenta centímetros, cien veces su propio tamaño.

Son capaces de rebotar sin sufrir daño alguno, porque para su construcción se han combinado materiales duros, como el silicio, y blandos, como el caucho de silicona. "Lo realmente interesante es que este robot puede ayudarnos a averiguar cómo se mueven los insectos a esta escala", explicaba esta investigadora. Además, Bergbreiter cree que los microrrobots que corren, gatean, saltan o ruedan se moverán a través de los escombros en un desastre natural  para detectar a posibles supervivientes e incluso inspeccionarán puentes para preservar la seguridad.

"El reto es pensar que la tecnología microrrobótica no es solo hacer las cosas más pequeñas, sino que además estos microrrobots responden a otros comportamientos", explica Ernesto Gambao, profesor en el Departamento de Automática, Ingeniería Electrónica e Informática de la Universidad Politécnica de Madrid y creador de unos microrrobots similares a gusanos. Además, su tamaño ha permitido una intensa actividad investigadora en este campo en los últimos tiempos, al ser su coste más bajo.

SOY UN MICRORROBOT Y PUEDO VOLAR

Muchos investigadores no solo quieren que sus microrrobots caminen, sino también que vuelen.  Robert Wood, profesor del Laboratorio de Microrrobótica de la Universidad de Harvard, dio vida en 2007 a las RoboBees, abejas robóticas de tres centímetros de envergadura y ochenta miligramos de peso, capaces de batir las alas ciento veinte veces por segundo y de moverse en pequeños espacios.

Las colonias automatizadas de abejas podrán servir para recopilar información con fines científicos,  con ayuda de sus cámaras, e incluso para realizar tareas de polinización de cultivos. ¿Hará frente la robótica a la progresiva desaparición de insectos que ya supone una amenaza a la producción de alimentos global?  

Sus propios creadores auguran que habrá que esperar entre diez y quince años, ya que su invento continúa teniendo un problema fundamental: carecen de autonomía. Sus máquinas siguen unidas por un cordón umbilical, sostenidas por hilos que las impiden volar libremente, por lo que estos investigadores están trabajando en alternativas como pequeñas baterías, pilas de combustible o sistemas para cargar la batería de forma inalámbrica.  

¿DOMINARÁN EL MUNDO LOS EJÉRCITOS MICRORROBÓTICOS?

La cooperación es una de las claves de la supervivencia en el salvaje reino animal, y también en el universo robótico. En el centro de investigación SRI International (SRI) han trabajado en microrrobots similares a las hormigas por su laboriosidad, y que además se especializan en diferentes tareas.

Estos robots magnéticos con brazos de alambre han construido torres de treinta centímetros de altitud, además de otras plataformas capaces de soportar hasta un kilo de peso. "Hemos probado la plataforma básica y ahora estamos viendo cómo podemos exportarla fuera del laboratorio", ha explicado Rich Mahoney, director de robótica del SRI.

¿Cómo es posible que los microrrobots sean capaces de formar enjambres? "Por un lado, hay una inteligencia individual que hace que cada uno sea capaz de moverse y de llegar al objetivo que tenía planteado, y por otro necesitas otra inteligencia por encima de ellos que tiene que planificar el movimiento de ese colectivo frente a un problema determinado", nos explica José María Armingol.  

La Universidad de Harvard llevan años investigando con sus Kilobots, pequeños autómatas que miden 33 milímetros, capaces de moverse sobre sus tres finas patitas: poseen una batería (se cargan varios al mismo tiempo), dos motores de vibración, una transmisor, una luz LED, una estación de control e incluso una estación de carga.

Se comunican con sus vecinos a través de luces infrarrojas, que les permiten medir la distancia que los separa, y además tienen capacidades computacionales básicas y memoria interna. Este proyecto ha transcendido el ámbito universitario y, siempre que no lo utilice con fines comerciales, cualquiera puede fabricar ya su Kilobot (tanto el 'hardware' como el 'software' son libres).

Kilobot, un microrrobot desarrollado por la Universidad de Harvard (Foto: Michael Rubenstein)

Kilobot, un microrrobot desarrollado por la Universidad de Harvard (Foto: Michael Rubenstein)

La última hazaña de Michael Rubenstein, el artífice de estos microrrobots del tamaño de una moneda, ha sido la creación de un auténtico ejército a través de los algoritmos que ha diseñado: ha logrado que 1024 de estos Kilobots se desplacen en formación de estrella, de llave o incluso de K. Los investigadores les llaman a filas y ellos responden como buenos soldados, lo que ha permitido entender mejor cómo reconocen a los demás y cómo evitan errores. "Nos inspiramos en los sistemas naturales, como las células o las hormigas, que forman estructuras sin ningún líder y de una manera distribuida", explica Rubenstein a este medio.

Un experimento que les permite investigar sobre la inteligencia artificial colectiva a gran escala. "Las tareas de búsqueda y rescate son uno de los escenarios donde los enjambres serán más útiles, ya que pueden trabajar en paralelo en la búsqueda en un área concreta con más rapidez", detalla este investigador, que cree que en los próximos 10 años sus Kilobots podrán utilizarse con estos propósitos aunque aún tienen que controlar su enjambre de forma fiable.

Los Kilobots cuentan con tres patas y se comunican por rayos infrarrojos

Los Kilobots cuentan con tres patas y se comunican por rayos infrarrojos (Foto: Michael Rubenstein)

MICRORROBOTS 'MADE IN SPAIN'

En España también se han desarrollado algunos modelos. Ernesto Gambao lideró un equipo de investigadores para dar vida a unos microrrobots similares a gusanos. Estos autómatas, de veinticinco milímetros de longitud y diez gramos de peso, están compuestos por un conjunto de módulos. Para construirlos, sus artífices utilizaron técnicas de micromecanizado, estereolitografía, microelectrónica e impresión.

No es baladí que los investigadores tomaran como referencia a los gusanos: habían comprobado que el movimiento de las larvas, basado en un principio de extensión-contracción, era el que presentaba un menor consumo de energía para el propósito con el que los desarrollaron: la inspección de tuberías y cavidades.  

El microrrobot modular desarrollado por la Universidad Politécnica de Madrid (Foto: Ernesto Gambao)

El microrrobot modular desarrollado por la Universidad Politécnica de Madrid

Gracias a sus sistemas de iluminación y a sus cámaras, estos prototipos son capaces tanto de arrastrarse en línea recta como de tomar una curva, y también pueden preguntarse si deben virar a derecha o izquierda ante una bifurcación. Además, cada módulo tiene cierta inteligencia propia: posee un microprocesador capaz de protegerse a sí mismo y detectar si ha tocado una pared. "Hemos desarrollado uno con un movimiento de tipo gusano, lento pero de muy bajo consumo, y otro de de tipo hélice, con un movimiento que permite mucha más velocidad aunque el consumo es muy alto", puntualiza Gambao.  

El próximo reto será desarrollar nuevas formas de mover este robot. "Estamos utilizando diferentes tecnologías que hasta ahora habíamos explorado pero no desarrollado, como aleaciones con memoria de forma, materiales que cambian su aspecto y su forma al cambiar la temperatura", nos explica Gambao, que ya está trabajando en los primeros prototipos.

En la Universidad Carlos III, el Laboratorio de Sistemas Inteligentes ha desarrollado microrrobots más grandes (de unos diez centímetros de alto), con los que ha participado en competiciones europeas como Eurobot. Estos autómatas tienen principalmente fines docentes: con ellos, los alumnos pueden aprender programación, diseño electrónico, automatización de procesos y funcionamiento de sensores y actuadores a un coste bajo.

"Hemos impreso piezas en 3D para desarrollar microrrobots con 'tuppers' de la comida para la estructura y la carrocería, e incluso utilizando CD para las ruedas", nos explica José María Armingol. Los tamaños que se manejan en microrrobótica hacen más asequible trabajar en este ámbito.

Los microrrobots "tienen mucho futuro y hay centenares de investigadores trabajando en ello, lo que ocurre es que la traducción industrial no es siempre sencilla", concluye Ernesto Gambao. Por el momento, los cuerpos policiales no contarán con arañas investigadoras capaces de reconocernos a todos a lo 'Minority Report'. Tampoco un ejército de insectos robóticos dominará el mundo, pero estos microrrobots podrán llegar a realizar tareas más mundanas, y no por ello menos importantes, como rescatarte tras un desastre natural.

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Las imágenes de este artículo son propiedad, por orden de aparición, de Michael Rubenstein y Ernesto Gambao. 

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