Desde bandadas de pájaros hasta bancos de peces en el mar, o montículos de termitas altísimos, muchos grupos sociales en la naturaleza existen juntos para sobrevivir y prosperar. Los ingenieros pueden utilizar este comportamiento cooperativo como "bioinspiración" para resolver problemas humanos prácticos. y por científicos informáticos que estudian la inteligencia de enjambres.

La "robótica de enjambre" despegó a principios de la década de 2000, un ejemplo temprano es el "s-bot" (abreviatura de swarm-bot). Este es un robot totalmente autónomo que puede realizar tareas básicas, incluida la navegación y el agarre de objetos, y que pueden autoensamblarse en cadenas para cruzar huecos o tirar de cargas pesadas. Más recientemente, Los robots "TERMES" se han desarrollado como concepto en la construcción, y el proyecto "CoCoRo" ha desarrollado un enjambre de robots submarinos que funciona como un banco de peces que intercambia información para monitorear el medio ambiente. Hasta aquí, Recién hemos comenzado a explorar las vastas posibilidades que los colectivos de animales y su comportamiento pueden ofrecer como inspiración para el diseño de enjambres de robots.

Los robots que pueden cooperar en grandes cantidades podrían lograr cosas que serían difíciles o incluso imposibles para una sola entidad. Después de un terremoto, por ejemplo, un enjambre de robots de búsqueda y rescate podría explorar rápidamente múltiples edificios derrumbados en busca de señales de vida. Amenazado por un gran incendio forestal, un enjambre de drones podría ayudar a los servicios de emergencia a rastrear y predecir la propagación del fuego. O un enjambre de robots flotantes ("Row-bots") podría mordisquear parches de basura oceánica, alimentado por bacterias que se alimentan de plástico.

La bioinspiración en la robótica de enjambres generalmente comienza con insectos sociales:hormigas, abejas y termitas, debido a que los miembros de la colonia están muy relacionados, lo que favorece una cooperación impresionante. Tres características más atraen a los investigadores:robustez, porque los individuos pueden perderse sin afectar el desempeño; flexibilidad, porque los trabajadores sociales de insectos pueden responder a las cambiantes necesidades laborales; y escalabilidad, porque la organización descentralizada de una colonia es sostenible con 100 trabajadores o 100, 000. Estas características podrían ser especialmente útiles para realizar trabajos como el monitoreo ambiental, que requiere una cobertura de enorme, áreas variadas y, a veces, peligrosas.

Aprendizaje social

Más allá de los insectos sociales, otras especies y fenómenos de comportamiento en el reino animal ofrecen inspiración a los ingenieros. Un área creciente de la investigación biológica son los cultivos animales, donde los animales participan en el aprendizaje social para adquirir comportamientos que es poco probable que innoven solos. Por ejemplo, Las ballenas y los delfines pueden tener métodos de alimentación distintivos que se transmiten de generación en generación. Esto incluye formas de uso de herramientas:se ha observado que los delfines rompen las esponjas marinas para proteger sus picos mientras hurgan en busca de peces. como si alguien se pusiera un guante en la mano.

Formas de aprendizaje social y culturas robóticas artificiales, quizás usando formas de inteligencia artificial, podría ser muy poderoso para adaptar robots a su entorno a lo largo del tiempo. Por ejemplo, Los robots de asistencia para la atención domiciliaria podrían adaptarse a las diferencias de comportamiento humano en diferentes comunidades y países a lo largo del tiempo.

Cultivos de robots (o animales), sin embargo, dependen de habilidades de aprendizaje que son costosas de desarrollar, requiriendo un cerebro más grande - o, en el caso de los robots, una computadora más avanzada. Pero el valor del enfoque de "enjambre" es implementar robots que sean simples, barato y desechable. La robótica Swarm explota la realidad de la emergencia ("más es diferente") para crear complejidad social a partir de la simplicidad individual. Una forma más fundamental de "aprender" sobre el medio ambiente se ve en la naturaleza, en los procesos de desarrollo sensibles, que no requieren un gran cerebro.

'Plasticidad fenotípica'

Algunos animales pueden cambiar el tipo de comportamiento, o incluso desarrollar diferentes formas, formas o funciones internas, dentro de la misma especie, a pesar de tener la misma "programación" inicial. Esto se conoce como "plasticidad fenotípica", donde los genes de un organismo producen diferentes resultados observables dependiendo de las condiciones ambientales. Tal flexibilidad se puede ver en los insectos sociales, pero a veces incluso más dramáticamente en otros animales.

La mayoría de las arañas son decididamente solitarias, pero en aproximadamente 20 de 45, 000 especies de arañas, los individuos viven en un nido compartido y capturan alimentos en una red compartida. Estas arañas sociales se benefician de tener una mezcla de tipos de "personalidad" en su grupo, por ejemplo audaz y tímido.

Mi investigación identificó una flexibilidad en el comportamiento en el que las arañas tímidas asumían un papel que dejaban vacantes los audaces compañeros de nido. Esto es necesario porque la colonia de arañas necesita un equilibrio de individuos valientes para fomentar la depredación colectiva. y los más tímidos para centrarse en el mantenimiento del nido y el cuidado de los padres. Los robots podrían programarse con un comportamiento de riesgo ajustable, sensible a la composición del grupo, con robots más audaces que entran en entornos peligrosos, mientras que los más tímidos saben que deben reprimirse. Esto podría ser muy útil para mapear un área de desastre como Fukushima, incluyendo sus partes más peligrosas, mientras evita que demasiados robots en el enjambre sean dañados a la vez.

La capacidad de adaptarse

Los sapos de caña se introdujeron en Australia en la década de 1930 como control de plagas, y desde entonces se han convertido ellos mismos en una especie invasora. En las nuevas áreas, se considera que los sapos de caña son algo sociales. Una de las razones de su crecimiento en número es que pueden adaptarse a un amplio rango de temperaturas, una forma de plasticidad fisiológica. Enjambres de robots con la capacidad de cambiar el modo de consumo de energía, dependiendo de las condiciones ambientales como la temperatura ambiente, podrían ser considerablemente más duraderos si queremos que funcionen de forma autónoma a largo plazo. Por ejemplo, si queremos enviar robots a cartografiar Marte, entonces tendrán que hacer frente a temperaturas que pueden oscilar entre -150 ° C en los polos y 20 ° C en el ecuador.

Además de la plasticidad conductual y fisiológica, algunos organismos muestran plasticidad morfológica (forma). Por ejemplo, algunas bacterias cambian de forma en respuesta al estrés, volviéndose alargado y por lo tanto más resistente a ser "comido" por otros organismos. Si enjambres de robots pueden combinarse de manera modular y (re) ensamblarse en estructuras más adecuadas, esto podría ser muy útil en entornos impredecibles. Por ejemplo, Los grupos de robots podrían agruparse por seguridad cuando el clima toma un giro desafiante.

Ya sean las "culturas" desarrolladas por grupos de animales que dependen de las habilidades de aprendizaje, o la capacidad más fundamental de cambiar la "personalidad", función o forma interna, A la robótica de enjambres todavía le queda mucho kilometraje cuando se trata de inspirarse en la naturaleza. Incluso podríamos desear mezclar y combinar comportamientos de diferentes especies, para crear nuestros propios "híbridos" de robots. La humanidad enfrenta desafíos que van desde el cambio climático que afecta las corrientes oceánicas, a una creciente necesidad de producción de alimentos, a la exploración espacial, y la robótica de enjambres puede desempeñar un papel decisivo si se cuenta con la bioinspiración adecuada.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.