La estrella de mar robótica de MIT CSAIL permite un estudio más detallado de la vida acuática

Los científicos han inventado una 'estrella de mar robótica' que nos brinda más información sobre la vida acuática, como informa Adam Conner-Simons, o MIT CSAIL. (Vea el video a continuación).

Los biólogos han experimentado durante mucho tiempo los desafíos de documentar la vida en el océano, con muchas especies de peces demostrando ser muy sensibles a los movimientos submarinos de los humanos.

Como posible solución, los científicos informáticos han estado desarrollando robots marinos especiales que pueden moverse sigilosamente entre sus homólogos basados ​​en carbono. En 2018, por ejemplo, un equipo del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT fabricó un pez robótico blando que nadaba de forma autónoma con peces reales a lo largo de los arrecifes de coral de Fiji.

Sin embargo, la compleja dinámica de cómo se mueve el agua, y su capacidad para arruinar rápidamente algunos sistemas electrónicos perfectamente buenos, han hecho que los robots submarinos sean especialmente difíciles de desarrollar en comparación con los de aire o tierra.

Con el pez, el equipo de CSAIL tuvo que pasar meses de prueba y error para modificar manualmente el diseño para que pudiera funcionar de manera confiable en el agua.

Si bien ese robot era especialmente complejo, un grupo dirigido por los profesores del MIT Wojciech Matusik y Daniela Rus aún sentía que había espacio para acelerar el proceso de producción. Con eso en mente, ahora han creado una nueva herramienta para simular y fabricar un robot blando funcional en cuestión de horas.

El equipo usó su sistema para hacer una estrella de mar robótica suave hecha de espuma de silicona y capaz de moverse con un solo actuador de baja potencia. La estrella de mar se mueve a través de los tendones de sus cuatro patas, que están conectadas a un servomotor que se usa para flexionar y relajar las patas.

La postdoctoral de CSAIL Josephine Hughes, coautora principal de un nuevo artículo junto con el estudiante de doctorado Tao Du sobre las estrellas de mar, dice:"Las interacciones pasivas entre un robot submarino y las fuerzas del fluido a su alrededor, ya sea una corriente tranquila o una ola ondulante, son mucho más complicado que cuando un robot camina sobre un terreno estable, lo que dificulta bastante la creación de sus sistemas de control.

"Pero con este simulador, un proceso que normalmente podría llevar días o semanas puede ocurrir en solo unas pocas horas".

Du dice que el equipo eligió un diseño de estrella de mar debido a la simplicidad y elegancia de su movimiento, con el apretar y soltar de sus piernas creando un movimiento hacia adelante.

Sin embargo, el equipo descubrió que el simulador funciona para una variedad de tipos de cuerpo, por lo que a continuación explorarán diseños inspirados en tortugas marinas, mantarrayas y tiburones que involucran estructuras más complejas, como articulaciones, aletas y aletas.

La herramienta del grupo consiste en un modelo de aprendizaje automático que realiza una simulación inicial y un diseño de los mecanismos de control del robot, que luego se fabrica rápidamente.

Los experimentos del mundo real con el robot se utilizan luego para adquirir más datos para mejorar y optimizar repetidamente su diseño. El resultado es que, por lo general, el robot solo tiene que volver a fabricarse una vez más. (Actualmente se está revisando un documento separado sobre el desarrollo de la herramienta de simulación).

“Al hacer simulación robótica, tenemos que hacer aproximaciones que, por definición, crean una brecha entre la simulación y la realidad”, dice Cecilia Laschi, profesora de control y mecatrónica en la Universidad Nacional de Singapur que no participó en la investigación.

"Este trabajo tiene como objetivo reducir esa brecha de realidad, con un ciclo mixto de experimentos simulados y reales que es bastante efectivo".

Para el cuerpo de la estrella de mar, el equipo usó espuma de silicona debido a sus propiedades elásticas, su flotabilidad natural y su capacidad para fabricarse rápida y fácilmente. por un experto humano.

De hecho, Hughes dice que el equipo descubrió que el simulador parece emplear estrategias de control que los humanos no habrían pensado por sí mismos.

"Con la estrella de mar robot aprendimos que, además de esas propulsiones de piernas bastante visibles que hacen, hay algunos movimientos más sutiles de alta frecuencia que pueden darles un impulso importante", dice Hughes.

El proyecto se basa en una serie de proyectos de CSAIL centrados en robots blandos, que, según Rus, tienen el potencial de ser más seguros, resistentes y ágiles que sus contrapartes de cuerpo rígido.

Los investigadores recurren cada vez más a los robots blandos para entornos que requieren moverse en espacios reducidos, ya que estos robots son más resistentes para poder recuperarse de las colisiones.

Laschi dice que la herramienta del equipo podría usarse para desarrollar robots para medir datos en diferentes lugares en las profundidades del océano y, en general, para imaginar robots que puedan moverse de nuevas formas en las que los investigadores aún no han pensado.

“Los robots bioinspirados como el robot estrella de mar y SoFi pueden acercarse a la vida marina sin perturbarla”, dice Rus. "En el futuro, al diseñar y construir rápidamente instrumentos robóticos bioinspirados, será posible crear observatorios personalizados que se puedan implementar en la naturaleza para observar la vida".

Du y Hughes coescribieron el artículo con Matusik, Rus y el estudiante de MIT Sebastien Wah. El documento se publicó esta semana en el Journal of Robotics Automation Letters y también se presentará virtualmente el próximo mes en la Conferencia internacional de IEEE sobre robótica blanda (RoboSoft).