Estos robots autosuficientes pueden tener "bebés" y colonizar planetas distantes

Enviados para crear condiciones favorables para la humanidad, estos robots deberán ser resistentes, adaptables y reciclables si quieren sobrevivir dentro de los climas cósmicos inhóspitos que les esperan.

En colaboración con roboticistas e informáticos, mi equipo y yo hemos estado trabajando en un conjunto de robots de este tipo. Producidos a través de una impresora 3D y ensamblados de forma autónoma, los robots que estamos creando evolucionan continuamente para optimizar rápidamente las condiciones en las que se encuentran.

Nuestro trabajo representa el progreso más reciente hacia el tipo de ecosistemas de robots autónomos que podrían ayudar a construir los hogares del futuro de la humanidad, lejos de la Tierra y lejos de la supervisión humana.

Robots subiendo

Los robots han recorrido un largo camino desde nuestras primeras incursiones torpes en el movimiento artificial hace muchas décadas. En la actualidad, empresas como Boston Dynamics producen robots ultraeficientes que cargan camiones, construyen paletas y mueven cajas por las fábricas, realizando tareas que podría pensar que solo los humanos podrían realizar.

A pesar de estos avances, diseñar robots para que funcionen en entornos desconocidos o inhóspitos, como exoplanetas o fosas oceánicas profundas, sigue planteando un desafío considerable para los científicos e ingenieros. En el cosmos, ¿qué forma y tamaño debería tener el robot ideal? ¿Debería gatear o caminar? ¿Qué herramientas necesitará para manipular su entorno y cómo sobrevivirá a condiciones extremas de presión, temperatura y corrosión química?

Un rompecabezas imposible para los humanos, la naturaleza ya ha resuelto este problema. La evolució darwiniana ha dado lugar a millones de especies que están perfectamente adaptadas a su entorno. Aunque la evolución biológica lleva millones de años, la evolución artificial (modelando los procesos evolutivos dentro de una computadora) puede tener lugar en horas o incluso en minutos. Los científicos de la computación han estado aprovechando su poder durante décadas, lo que ha resultado en inyectores de gas para antenas de satélite que se adaptan idealmente a su función, por ejemplo.

Pero la evolución artificial actual de los objetos físicos en movimiento todavía requiere una gran cantidad de supervisión humana, lo que requiere un circuito de retroalimentación estrecho entre el robot y el humano . Si la evolución artificial pretende diseñar un robot útil para la exploración exoplanetaria, tendremos que sacar al humano del circuito. En esencia, los diseños de robots evolucionados deben fabricarse, ensamblarse y probarse por sí mismos de forma autónoma, sin ataduras a la supervisión humana.

Selección antinatural

Cualquier robot evolucionado deberá ser capaz de detectar su entorno y tener diversos medios de movimiento, por ejemplo, utilizando ruedas, patas articuladas o incluso una mezcla de ambos. Y para abordar la inevitable brecha de realidad que se produce cuando se transfiere un diseño del software al hardware, también es deseable que se produzca al menos alguna evolución en el hardware, dentro de un ecosistema de robots que evolucionan en tiempo real y en el espacio real.

El proyecto Autonomous Robot Evolution (ARE) aborda exactamente esto, reuniendo a científicos e ingenieros de cuatro universidades en un ambicioso proyecto de cuatro años para desarrollar esta nueva tecnología radical.

Como se muestra arriba, los robots “nacerán” mediante el uso de la fabricación en 3D. Utilizamos un nuevo tipo de arquitectura evolutiva híbrida de hardware-software para el diseño. Eso significa que cada robot físico tiene un clon digital. Los robots físicos se someten a pruebas de rendimiento en entornos del mundo real, mientras que sus clones digitales ingresan a un programa de software, donde experimentan una rápida evolución simulada. Este sistema híbrido introduce un tipo novedoso de evolución: se pueden producir nuevas generaciones a partir de la unión de los rasgos más exitosos de una "madre" virtual y un "padre" físico.

Además de ser renderizados en nuestro simulador, los robots “niños” producidos a través de nuestra evolución híbrida también se imprimen en 3D y se introducen en un entorno similar a una guardería del mundo real. Los individuos más exitosos dentro de este centro de entrenamiento físico hacen que su "código genético" esté disponible para la reproducción y para la mejora de las generaciones futuras, mientras que los robots menos "aptos" pueden simplemente ser levantados y reciclados en otros nuevos como parte de un ciclo evolutivo continuo.

Dos años después de iniciado el proyecto, se han logrado avances significativos. Desde una perspectiva científica, hemos diseñado nuevos algoritmos evolutivos artificiales que han producido un conjunto diverso de robots que conducen o se arrastran y pueden aprender a navegar a través de complejos laberintos. Estos algoritmos hacen evolucionar tanto el plan corporal como el cerebro del robot.

El cerebro contiene un controlador que determina cómo se mueve el robot, interpretando la información sensorial del entorno y traduciéndola en controles motores. Una vez que se construye el robot, un algoritmo de aprendizaje refina rápidamente el cerebro del niño para tener en cuenta cualquier posible desajuste entre su nuevo cuerpo y su cerebro heredado.

Desde una perspectiva de ingeniería, hemos diseñado el “RoboFab” para automatizar completamente la fabricación. Este brazo robótico conecta cables, sensores y otros "órganos" elegidos por la evolución al chasis impreso en 3D del robot. Diseñamos estos componentes para facilitar el montaje rápido, dando a RoboFab acceso a una gran caja de herramientas de extremidades y órganos de robot.

Deposito de basura

El primer caso de uso importante que planeamos abordar es el despliegue de esta tecnología para diseñar robots que lleven a cabo la limpieza de desechos heredados en un reactor nuclear, como el que se ve en la miniserie de televisión Chernobyl. El uso de humanos para esta tarea es peligroso y costoso, y aún quedan por desarrollar las soluciones robóticas necesarias.

De cara al futuro, la visión a largo plazo es desarrollar la tecnología lo suficiente para permitir la evolución de ecosistemas robóticos autónomos completos que viven y trabajan durante largos períodos en entornos dinámicos y desafiantes sin la necesidad de una supervisión humana directa.

En este nuevo paradigma radical, los robots se conciben y nacen, en lugar de diseñar y fabricar. Dichos robots cambiarán fundamentalmente el concepto de máquinas, mostrando una nueva generación que puede cambiar su forma y comportamiento con el tiempo, al igual que nosotros.