Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur), la Universidad de Osaka y la Universidad de Hiroshima han desarrollado un algoritmo avanzado de navegación en enjambre para insectos cyborg que les impide quedarse atascados mientras navegan por terrenos desafiantes.
Publicado en Comunicaciones de la naturalezael nuevo algoritmo representa un avance significativo en la robótica colectiva. Esto podría allanar el camino para aplicaciones en ayuda en casos de desastre, misiones de búsqueda y rescate e inspecciones de infraestructura.
Los insectos cyborg son insectos reales equipados con pequeños dispositivos electrónicos en su espalda, que contienen varios sensores como cámaras ópticas e infrarrojas, una batería y una antena para la comunicación, que permiten controlar sus movimientos de forma remota para tareas específicas.
El control de un insecto cyborg fue demostrado por primera vez en 2008 por el profesor Hirotaka Sato de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de NTU Singapur.(1).
Sin embargo, un solo gusano es insuficiente para operaciones como las misiones de búsqueda y rescate, donde los sobrevivientes del terremoto están dispersos y tienen una ventana óptima de 72 horas para localizarlos.
En 2021(2) y 2024(3)El profesor Sato y sus socios de la Agencia de Ciencia y Tecnología Home Team (HTX) de Singapur y Klass Engineering and Solutions demostraron cómo los insectos cyborg podrían usarse para futuras operaciones de búsqueda y rescate.
Este último artículo sobre el nuevo sistema de enjambre utiliza una dinámica líder-seguidor, donde un insecto cyborg actúa como líder de grupo y guía a otros 19.
Coautores correspondientes del artículo, Prof. Masaki Ogura(4) El profesor Wakamiya Naoki de la Universidad de Hiroshima y la Universidad de Osaka desarrolló algoritmos de control de enjambres y programas informáticos, mientras que el profesor Hirotaka Sato de la NTU y su equipo desarrollaron un enjambre de insectos cyborg, implementaron el algoritmo en la bolsa electrónica del insecto y realizaron experimentos físicos en Singapur.
Los científicos observaron varias ventajas de su nuevo algoritmo de enjambre durante los experimentos de laboratorio. Permitir que los insectos cyborg se muevan más libremente reduce el riesgo de que los cyborgs queden atrapados en obstáculos, y los cyborgs cercanos también pueden ayudar a liberar a los atrapados o volteados.
¿Cómo funciona un enjambre de gusanos cyborg?
Investigaciones anteriores demostraron el control de un solo cyborg o de un grupo controlado por un algoritmo que proporcionaba instrucciones detalladas y complejas a insectos individuales, un método que no podía replicarse para un grupo más grande y no coordinaba el movimiento.
Con el nuevo método, el algoritmo determina primero el gusano líder, luego se le informa del destino deseado y su bolsa de control se coordina con las bolsas de otros miembros del grupo para liderar el enjambre.
Este enfoque de “líder turístico” permite que los enjambres se adapten dinámicamente, ya que los insectos pueden ayudarse entre sí a superar obstáculos y ajustar sus movimientos si un miembro se queda atascado.
Los insectos utilizados son cucarachas silbantes de Madagascar equipadas con placas de circuitos livianas, sensores y baterías recargables en sus espaldas, creando un sistema de navegación autónomo que les ayuda a navegar por su entorno y a doblarse hacia el objetivo.
Estos cyborgs utilizan mucha menos energía que los robots tradicionales, que dependen de potentes motores para moverse. Las patas del insecto proporcionan el movimiento necesario para mover la bolsa, ya que la bolsa utiliza pequeños impulsos eléctricos para guiar al insecto en una dirección determinada.
Cuando se combinan con algoritmos de control de enjambres, los instintos de los insectos les permiten navegar por terrenos complejos y responder rápidamente a los cambios ambientales.
En los experimentos, el nuevo algoritmo redujo la necesidad de empujar a los insectos en un 50 por ciento en comparación con los métodos anteriores, lo que permitió a los insectos sortear obstáculos más libremente y resolver problemas como el enredo o enredo de insectos.
El profesor de NTU, Hirotaka Sato, dijo que el concepto de la tecnología podría ser útil en misiones de búsqueda y rescate, inspecciones de infraestructura y monitoreo ambiental, donde los espacios reducidos y las condiciones impredecibles hacen que los robots convencionales sean ineficaces.
“Para las operaciones de búsqueda e inspección, se deben inspeccionar grandes áreas de manera eficiente, a menudo en terrenos difíciles y llenos de obstáculos. El concepto implica desplegar múltiples enjambres de insectos cyborg para navegar por estas áreas plagadas de obstáculos. Vaya e inspeccione. Cuando los insectos detecten un objetivo, como humanos en una misión de búsqueda y rescate o defectos estructurales en la infraestructura, pueden alertar de forma inalámbrica al sistema de control”. Explica el profesor Sato.
El profesor Sato es mejor conocido por su trabajo pionero en insectos cyborg. Anteriormente había recibido reconocimiento internacional cuando su investigación fue nombrada una de las TIEMPO Los 50 mejores inventos de 2009 de la revista y una de las 10 tecnologías emergentes de 2009 (TR10) Revisión de tecnología del MIT.
El coautor del artículo, Masaki Ogura, profesor de la Escuela de Graduados en Ciencias Avanzadas e Ingeniería de la Universidad de Hiroshima, dijo: “Nuestro algoritmo de control de enjambres representa un gran avance en la coordinación de grupos de insectos cyborg para misiones complejas de búsqueda y rescate. La innovación tiene el potencial de mejorar en gran medida aumentar la eficiencia de la respuesta a desastres y al mismo tiempo abrir nuevas oportunidades para que la investigación sobre control de multitudes avance de manera efectiva más allá de los modelos teóricos y las simulaciones hacia escenarios del mundo real. “Ilustra la importancia de realizar métodos de control”.
El coautor correspondiente, el profesor Wakamiya Noki, de la Escuela de Graduados en Ciencias y Tecnología de la Información de la Universidad de Osaka, explicó: “A diferencia de los robots, los insectos no se comportan como pretendemos. Más relajados y ásperos. Fue un descubrimiento notable que no sólo El enfoque funciona mejor, pero también condujo al surgimiento natural de comportamientos complejos, como acciones cooperativas, que son difíciles de diseñar como algoritmos, a pesar de que sus acciones fueron las primeras. aparentemente aleatorio, pero parece que podemos aprender mucho de los complejos e intrincados comportamientos de los seres vivos”.
Sus últimos avances resaltan el potencial práctico de los sistemas biohíbridos para abordar los desafíos del mundo real y la importancia de las colaboraciones de investigación interdisciplinarias globales.
De cara al futuro, el equipo conjunto tiene como objetivo desarrollar algoritmos que permitan operaciones coordinadas de enjambre más allá de simples movimientos, como mover objetos grandes en colaboración.
También planean realizar experimentos en entornos al aire libre, incluidos montones de escombros que se encuentran comúnmente en áreas de desastre, para validar la efectividad del algoritmo en escenarios más complejos y del mundo real.
(1) Hirotaka Sato etc.., “Un escarabajo cyborg: control del vuelo de los insectos a través de un microsistema implantable y sin ataduras”. 2008 IEEE 21a Conferencia Internacional sobre Sistemas MicroelectromecánicosTucson, AZ, EE.UU., 2008, págs. 164-167, doi: 10.1109/MEMSYS.2008.4443618.
(2) Chong, C. (6 de diciembre de 2021). El equipo de S’pore está convirtiendo cucarachas en insectos cyborg que salvan vidas en lugares de desastre. Los tiempos del estrecho.
(3) Sun, D. (2024, 5 de abril). Las cucarachas cyborg de Singapur en exhibición en el evento de Seguridad Nacional en MBS. Los tiempos del estrecho.
(4) Masaki Ogura, profesor de la Escuela de Graduados en Ciencias e Ingeniería Avanzadas de la Universidad de Hiroshima
