Doctora Angélica Muñoz Meléndez
Coordinación de Ciencias ComputacionalesInstituto Nacional de Astrofísica, Óptica y ElectrónicaTonantzintla, Puebla munoz@ccc.inaoep.mx
La robótica colectiva es una disciplina emergente que se ocupa de diseñar e implantar sistemas multirobot; es decir, grupos de robots autónomos que tienen un objetivo común, como vigilar un edificio o explorar un área devastada. Los problemas mencionados pueden, bajo ciertas condiciones, resolverse utilizando robots individuales; sin embargo, bajo otras condiciones, esos problemas pueden ser resueltos únicamente por sistemas multirobot; o bien, al ser resueltos por estos últimos, puede obtenerse alguna ganancia en la solución, en términos de tiempo o de algún otro recurso. Por ejemplo, si deseamos automatizar la vigilancia de nuestras instalaciones, nos bastará un robot que veri-fique los puntos sensibles si las instalaciones tienen una sola planta. No obstante, si éstas se distribuyen en varios niveles, probablemente lo más adecuado sea desplegar un sistema multirobot, cuyos miembros se distribuyan en los diferentes niveles de las instalaciones. Aun cuando contáramos con robots escaladores o voladores, para los cuales el desplazamiento en distintos niveles no sea un problema, un sistema multirobot de vehículos que se desplacen sobre ruedas seguirá siendo una opción atractiva, al asegurar la vigilanca simultánea de distintos puntos de las instalaciones.
Los sistemas multirobot están conformados por robots autónomos; es decir, robots que toman sus de cisiones por sus propios medios. Esto quiere decir que la adquisición de datos del problema, la interpretación de esos datos, y la decisión de la acción que se ejecute en consecuencia, son realizadas por el propio robot. Por supuesto, un robot autónomo se conduce en función del equipamiento y de los programas que sus diseñadores definieron para él. Sin embargo, una vez en operación, un robot autónomo no tiene otras guías que esos programas y equipamiento: no hay operador humano que corrija o “susurre” al robot lo que deba hacer. Debe aclararse aquí que no toda descentralización de un sistema en robótica es objeto de estudio de la robótica colectiva. El diseño de un programa de control para un robot hexápodo, por ejemplo, en donde el control de cada una de sus extremidades está a cargo de un subsistema independiente, no es un problema que concierna a la robótica colectiva. Y no lo es porque un hexápodo es, en términos prácticos, una entidad indivisible.
ROBOTS PROGRAMADOS
A la robótica colectiva le interesan más bien las “supraentidades” que puedan dividirse en entidades autónomas más pequeñas; es decir, grupos de robots programados para sumar sus fuerzas y sus capacidades, y para contribuir a que el sistema así formado actúe como si se tratara de un “suprarrobot”. Las partes de este “suprarrobot” pueden dispersarse, buscarse o asociarse a voluntad, según lo requiera la solución al problema de interés. En las siguientes secciones revisaremos brevemente algunos de los problemas que se enfrentan en el diseño de sistemas multirobot, así como un prototipo físico de sistema multirobot desarrollado en el Laboratorio de Robótica de la Coordinación de Ciencias Computacionales del INAOE, el único grupo, hasta donde sabemos, que trabaja en México en robótica colectiva.
2. TIPOS DE PROBLEMAS DE LA ROBÓTICA COLECTIVA
Es interesante, en este punto, preguntarnos qué problemas del ámbito de la robótica pueden reformularse como problemas de la robótica colectiva. A continuación, resumimos las propiedades que nosotros hemos identificado caracterizan los problemas susceptibles de resolverse con un sistema multi-robot:
1. Naturaleza descentralizada; es decir, problemas que puedan ser descompuestos en tareas o funciones especializadas. A veces esta descentralización es natural; por ejemplo, si buscamos diseñar un sistema multirobot para limpieza de interiores, esas funciones pueden ser as-pirar, lavar o pulir pisos, de modo que cada tarea especializada pueda encomendarse a un robot autónomo. Cada robot debe coordinarse temporalmente con el resto de robots del sistema para intervenir, en algún momento, en la solución del problema global de limpieza. Otras veces, la descentralización es impuesta; por ejemplo, si conformamos un sistema multirobot con robots limpiadores que tengan las mismas capacidades, cada robot debe coordinarse espacialmente con el resto de robots del sistema, de modo que el problema sea solucionado por los robots simultáneamente; es decir, cada robot ejecuta las funciones requeridas en un región específica del espacio que se va a limpiar.
2. Necesidad de dispersión física; es decir, problemas que requieran robots cuyas partes tengan capacidades propias de movilidad y de decisión. Por ejemplo, para el caso ya mencionado de robots vigilantes y en general para grupos de robots exploradores, la capacidad de dispersión de sus partes proveerá al sistema de un gran margen de maniobra, pues algunos miembros del sistema podrán dedicarse a explorar rincones recónditos del espacio, sin poner en riesgo a otros miembros del sistema.
3. EL SISTEMA MINI-TRANS En esta sección presentamos un prototipo de sistema multirobot que fue desarrollado en nuestro laboratorio entre 2004 y 2006. Se trata de un sistema de robots experimentales, construido con el objetivo de investigar aspectos del diseño de los sistemas multirobot, así como principios de la coordinación de robots autónomos que formen parte de un sistema multi-robot. El sistema Minitrans está formado por tres robots móviles con capacidades de auto-ensamblado. Los robots tienen en sus cuerpos cortes y pinzas que les permiten conectarse y desconectarse a voluntad. Cada robot se desplaza sobre un arreglo de tres llantas omni-direccionales, y es controlado por una tarjeta comercial Handyboard©.
Los robots están equipados con dispositivos muy simples. Para la detección de obstáculos disponen de un cinturón de sensores de contacto, mientras que para la comunicación con otros robots disponen de un par emisor/receptor de luz infrarroja, así como de un arreglo de LEDs (Light-Emitting Diodes) o componentes que emiten luz, y de fototransistores o componentes sensibles a la luz. La elección de este equipamiento, hasta cierto punto rudimentario, obedeció a las restricciones de memoria, y de número y tipo de puertos de entrada y salida de la tarjeta de control disponible. Estos robots fueron desarrollados en nuestro laboratorio por la MC María Guadalupe Jiménez Velasco, como parte de su tesis de maestría y bajo la supervisión de la autora de esta contribución. A pesar de las limitaciones de su equipamiento, los robots del sistema Minitrans son capaces de ejecutar tareas colectivas de gran complejidad, por requerir mecanismos de coordinación precisos, como por ejemplo conectarse y desconectarse; y, una vez conectados, transportar objetos voluminosos empujándolos, y desplazarse como un “suprarrobot”.
Al estar conectados y por ser autónomos, los robots del sistema Minitrans deben ponerse de acuerdo, por sus propios medios, hasta en los mínimos detalles. Dar un paso para el sistema requiere la participación de todos sus miembros. Si uno de ellos “se niega” a dar un paso, porque no recibió correctamente la petición de otros robots, o simplemente porque sus baterías no se lo permiten, todo el sistema quedará inmovilizado. Por ello, fue necesario desarrollar estrategias eficientes y flexibles para la coordinación de las acciones de los robots. Un reporte detallado de las estrategias propuestas para el desplazamiento colectivo puede consultarse en.
4. PERSPECTIVAS
Los sistemas multirobot viven aún en contados labora-torios de robótica de universidades e institutos de inves-tigación. La mayoría de ellos son prototipos no comercia-les, que esperan el desarrollo de técnicas y herramientas probadas que les permitan convivir con sus diseñadores humanos, y realizar tareas para ellos. La robótica colectiva forma parte de un enfoque más general al área de la robótica que busca diseñar “colonias artificiales”; es decir, grupos de máquinas, programas de computadora conocidos como agentes, y en general entidades autónomas artificiales, capaces de resolver problemas colectivamente. Los métodos y las técnicas para el control de estas entidades serán indispensables para la correcta operación de los llamados sistemas ubicuos, sistemas formados por múltiples componentes autónomos que están omnipresentes en nuestras vidas, y que en un futuro no lejano se encargarán de controlar desde las condiciones ambientales y de seguridad en nuestros hogares, hasta “monitorear” nuestra salud dentro y fuera de nuestros hogares.
