Microrrobots modulares imitan comportamientos de los seres vivos

Un equipo de investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha dado «vida mecánica» a una serie de microrrobots. La novedad respecto de otras creaciones es su heterogeneidad y una arquitectura de control basada en algoritmos genéticos que reflejan la evolución de las especies.

Hasta ahora prácticamente todos los robots existentes imitan en mayor o menor medida algunas de las cualidades de los seres vivos, «pero los microrrobots que hemos desarrollado no solo lo hacen en su funcionamiento, también su sistema de control está basado en la forma en que los seres vivos toman decisiones”, explica Ernesto Gambao, el coordinador del grupo.

“La arquitectura de control global se fundamenta en comportamientos y cada comportamiento se ocupa de una de las características del microrobot –añade– . La capa de comunicación es necesaria para lograr que tanto los módulos como los distintos comportamientos puedan trabajar en objetivos comunes, obteniendo una visión homogénea de un conjunto heterogéneo para conseguir los objetivos de todo el robot”.

El equipo, que pertenece al departamento de Automática de la UPM, define su invención como un microrrobot heterogéneo, multiconfigurable y de tipo cadena, formado por un conjunto de módulos, de manera que permite una funcionalidad superior a la simple suma de cada uno de ellos. Los investigadores han desarrollado todos los módulos con un elemento común: un sistema propio de control y comunicaciones que les permite reconocerse a la hora de ensamblarse.

“La capa de comunicación es necesaria para lograr que tanto los módulos como los distintos comportamientos de estos puedan trabajar en objetivos comunes, obteniendo una visión homogénea de un conjunto heterogéneo para conseguir los objetivos de todo el robot”, indica Gambao.

Para conseguir que estas células básicas se comuniquen entre sí, a fin de crear un elemento más complejo cuya funcionalidad sea superior a la simple suma de las capacidades de cada una de ellas, ha sido necesario dotar a cada módulo de un pequeño sistema de control y de una interfaz de comunicación que es común a todos ellos. Esta interfaz permite la conexión de los distintos elementos, tanto mecánica como eléctrica.

En la conexión eléctrica se incluye un sistema de comunicación, de forma que esta comunicación se produce de módulo a módulo como si hubiese un paso de testigo entre ellos. El resultado final es que el sistema de control central del microrrobot recibe información de cada módulo y la envía a cada uno de ellos formando un conjunto final heterogéneo pero interconectado.

Otra cuestión fundamental abordada en la investigación es cómo deberían moverse los microrrobots según la superficie en que tienen que operar. “Puesto que las tareas a realizar por los microrobots iban a ser muy diversas, decidimos desarrollar diferentes sistemas de locomoción en función de si se deseaba alta velocidad, capacidad de giro o bajo consumo de energía”, señala Gambao.

“El objetivo ha sido siempre que los microrrobots fueran totalmente autónomos, pero la tecnología de suministro de energía actual, basada en baterías, reduce mucho el máximo tiempo de la misión del microrrobot, por lo que esto es algo debemos mejorar en un futuro. Sin duda la autonomía es uno de los principales problemas”, comenta el investigador.

Importancia de las baterías

La duración de las baterías tuvo mucho que ver a la hora de elegir el tipo de locomoción de estas creaciones mecánicas, ya que la más eficiente variaría en función de las tareas que tendrían que desarrollar. Así, los investigadores comprobaron que el movimiento tipo gusano, basado en un principio de extensión-contracción, era el que menor consumo de energía requeriría para el caso específico de desplazarse en el interior de una tubería.

En estos microrobots, el movimiento «gusano» lo consiguen mediante dos módulos de soporte, usados para fijar al microrrobot a las paredes de la tubería, y un módulo de extensión, que se emplea para extender y contraer el robot –avanzar– y para girar a izquierda y derecha. Como contrapunto, este sistema de locomoción tiene la desventaja de una reducida velocidad.

En tuberías rectas, el sistema más rápido y eficiente es el movimiento en helicoidal. También se plantearon el movimiento tipo serpiente que, aunque es menos eficiente, era el más versátil, dado que funciona en entornos muy diversos.

Además de la inspección de tuberías de pequeño diámetro, los microrrobots podrían tener otras aplicaciones. “Los prototipos y la arquitectura de control pueden también usarse en movimientos en espacio abierto y, en cualquier caso, son especialmente útiles para tareas de inspección y mantenimiento de pequeñas cavidades donde no es posible introducir sistemas de mayor tamaño”, apunta Gambao, quien reconoce que su tamaño «constituyó un importante reto en sí mismo”

“Era necesario pensar en actuadores, sensores, sistemas de control y comunicaciones capaces de integrarse en un tamaño reducido. Esta es la base del concepto mecatrónico, donde los diseños mecánico, eléctrico y de control quedan entrelazados y deben abordarse como un conjunto y no de manera independiente”.

Los investigadores han expuesto todas estas experiencias en congresos de robótica y a través de artículos científicos en diversas revistas internacionales, como Robotics and Autonomous Systems.