Un plantoide es un robot u organismo sintético diseñado para parecerse, actuar y crecer como una planta. El concepto se publicó científicamente por primera vez en 2010 [1] (aunque los modelos de sistemas comparables controlados por redes neuronales datan de 2003 [2] ) y hasta ahora ha permanecido en gran medida teórico. Los plantoides imitan a las plantas a través de apariencias y comportamientos y procesos internos (que funcionan para mantener viva a la planta o asegurar su supervivencia). Un prototipo para la Comisión Europea [3] [4] está siendo desarrollado actualmente por un consorcio de los siguientes científicos: Dario Floreano , Barbara Mazzolai, Josep Samitier, Stefano Mancuso . [5] [6]
Un plantoide incorpora una arquitectura inherentemente distribuida que consiste en módulos autónomos y especializados. Los módulos pueden modelarse a partir de partes de la planta, como la tapa de la raíz , y comunicarse para formar una inteligencia de enjambre simple . Este tipo de sistema puede mostrar gran robustez y resiliencia. Se conjetura que es capaz de recolectar y gestionar energía, generar conciencia ambiental colectiva y muchas otras funciones. [7]
En la ciencia ficción , mientras que los robots de apariencia humana ( androides ) son bastante frecuentes y los robots biomórficos de apariencia animal aparecen ocasionalmente, los plantoides son bastante raros. Se dan excepciones en la novela Hearts, Hands and Voices (1992, EE. UU.: The Broken Land ) de Ian McDonald y en la serie de televisión Jikuu Senshi Spielban .
Al igual que las plantas, los plantoides posicionan sus raíces y apéndices (partes salientes del plantoide) hacia condiciones beneficiosas que estimulan el crecimiento (es decir, luz solar, temperaturas ideales, áreas con mayor concentración de agua) y lejos de factores que impiden el crecimiento. [8] Esto ocurre a través de una combinación de información de sus sensores y la reacción del plantoide en consecuencia.
El uso de sensores tácticos suaves (dispositivos que recopilan información en función del entorno físico circundante) permite al plantoide navegar por su entorno. Estos sensores transmiten información al plantoide y producen señales, de forma similar a cómo una computadora puede recibir información de un teclado a través de una entrada. [9] Estos sensores escanean los obstáculos o unidades de interés (es decir, fuentes de agua) junto a las raíces del robot, y la programación del plantoide determina si el objeto de interés es beneficioso o no. Con esta nueva información, el plantoide envía señales a otras partes móviles del robot para que reaccionen en consecuencia, actuando de forma similar a cómo las raíces transmiten información a las plantas reales. Dado que los plantoides no tienen una unidad central de procesamiento, los sensores actúan como centros de comando individuales, alimentando instrucciones para que las unidades de raíz cercanas interactúen con ellas. Esto puede dar como resultado que varios sensores recojan la misma información y que varias unidades de raíz se muevan como un todo. [10]
Los sensores están unidos a las pseudo-raíces del plantoide, y ayudan en el movimiento basado en retroalimentación, actuando como raíces de plantas. Con la señal de los sensores del plantoide, estas estructuras pueden moverse hacia o lejos de los objetos de interés, permitiendo flexibilidad de estas raíces en el suelo. Esto se logra mediante la arquitectura de la raíz, que utiliza resortes y motores para permitir que el robot controle los movimientos de las raíces. [10] Los motores actúan como el control principal sobre la raíz, tomando información y actuando (operando) hacia una dirección. Los resortes permiten más flexibilidad cuando están unidos a los motores, combinándose para formar una estructura que puede moverse en casi cualquier dirección. Se están desarrollando formas adicionales de movimientos en plantoides, centrándose más en el movimiento del plantoide que en el de las raíces. En el proyecto GrowBot de 2015 dirigido por Barbara Mazzolai en el Istituto Italiano di Technologia, se está desarrollando una forma de transporte para plantoides que imita las funciones de los zarcillos (estructuras a lo largo del tallo de una planta que se adhieren a las estructuras del entorno para sostenerse o moverse), lo que permite que los plantoides cambien su ubicación como mejor les parezca (para obtener nutrientes o con fines de investigación). [11] Los zarcillos artificiales de este plantoide tienen un tubo que atraviesa capas de tela, con iones mezclados en agua que recorren este tubo. Si se envía una carga eléctrica a través del tubo, el agua comienza a fluir a medida que los iones se adhieren a la tela y el zarcillo comenzará a curvarse. El desarrollo de zarcillos en plantoides ofrece más movilidad en un entorno desconocido o hostil.
Los plantoides se programan a través de algoritmos específicos para diferentes funciones, que van desde el movimiento de las raíces hasta la versatilidad de los sensores. Las extremidades mecánicas del plantoide funcionan únicamente con algoritmos y códigos, lo que permite que las partes individuales reaccionen al entorno del plantoide. Los algoritmos en los sensores de las plantas permitirán que los sensores obtengan información sobre los recursos disponibles en el área circundante y reaccionen moviendo las puntas de los plantoides de manera apropiada. [10] Los proyectos se centran en los algoritmos de las raíces y en cambiar la interfaz para que puedan ocurrir más interacciones entre las raíces y el resto del plantoide como reacción. Actualmente se está trabajando en otros algoritmos para otros apéndices, como la absorción de materiales en el cuerpo del plantoide.
Los plantoides ofrecen versatilidad a los humanos a través de la recopilación de datos y su adaptabilidad a un entorno.
Algunos experimentos con plantoides han mostrado interés en explorar la calidad del suelo debido a su capacidad de operar de manera autónoma y utilizar sensores subterráneos. [10] Su naturaleza autónoma permite a los investigadores rastrear patrones del suelo, áreas con escasez de agua o recursos naturales y contaminación dentro del suelo durante un período de tiempo. El monitoreo del suelo a través de plantoides ofrece una ventaja sobre los métodos actuales de seguimiento de la salud del suelo que no están tan tecnificados.
La naturaleza autónoma del plantoide le permite explorar entornos hostiles (hábitats extremadamente fríos o cálidos) sobre los cuales los investigadores tienen dificultades para recopilar datos. [11] La flexibilidad y programación del plantoide le otorga adaptabilidad a múltiples entornos y podría usarse para la exploración espacial en entornos aún no explorados.
En el campo de la biorrobótica , el comportamiento de las raíces de un plantoide ofrece a los investigadores conocimientos sobre cómo funcionan las plantas como una unidad y cómo las unidades individuales dirigen la función de un órgano. Mejorar los diseños y estudiar el comportamiento de las plantas puede conducir a otras formas de biorrobótica que implementen el mismo comportamiento. Estas nuevas tecnologías podrían utilizar múltiples fuentes de información con diferentes reacciones en función de cómo se marque. [8]
Múltiples proyectos han investigado y mejorado el diseño y la tecnología de los plantoides desde su conceptualización.
El proyecto STREP Plantoid (1 de mayo de 2012 al 30 de abril de 2015) fue uno de los primeros proyectos que avanzó en el diseño y la comprensión del funcionamiento de las plantas. Su objetivo era investigar el comportamiento de las raíces de las plantas y crear tecnología que pudiera imitar la eficiencia de las funciones de las raíces. [12] A partir de este proyecto, se ha publicado la comprensión de las raíces de las plantas y su comportamiento ante estímulos y factores positivos del entorno, y se ha replicado la comunicación entre diferentes partes del sistema a través de la tecnología (sombreretes y sensores que transmiten información al plantoide). Este proyecto ofreció datos sobre la tecnología utilizada por los sensores, que se mejorarían en proyectos posteriores a medida que los sensores de raíces pudieran detectar más factores ambientales a su alrededor. Se investigó la comunicación local de las raíces con otras partes del plantoide para comprender las vías y el diseño que mejor imitarían estas líneas de comunicación. [12]
El proyecto GrowBot (2015) es un prototipo de un plantoide que tiene zarcillos artificiales, que le ofrecen movilidad al agarrarse a superficies externas. Este proyecto se centró en el plantoide que se mueve hacia estímulos y navega por un entorno desconocido utilizando zarcillos, con la esperanza de desarrollar la tecnología para que pueda moverse contra la gravedad. El proyecto GrowBot mostró la capacidad de los plantoides de posicionarse no solo en términos de sus raíces, sino de todo el robot cuando se descubren estímulos. [11]
El proyecto Plantoid (2016) enfatizó la flexibilidad de las raíces mediante el uso de resortes y sensores que brindaban retroalimentación al interactuar con gradientes de nutrientes u obstáculos. Este proyecto se inspiró en las plantas y la capacidad de las raíces para superar cualquier obstáculo que presentara el entorno. La retroalimentación y la respuesta de las raíces se replicaron en este prototipo, específicamente cómo se movería la raíz en función de los objetos que recogiera el sensor. Los resortes utilizados en las raíces permitieron más grados de libertad en comparación con los modelos anteriores de plantoides, y los motores se combinaron con algoritmos para responder de manera efectiva a la retroalimentación recibida por el plantoide. El desarrollo de estos sensores estuvo acompañado por el desarrollo de algoritmos que asignarían valor a los objetos alrededor de las raíces del plantoide (positivo o negativo) y generarían reacciones en función de si el objeto se consideraba positivo o no (las raíces se mueven hacia o se alejan). [10]
Institución de financiación: Comisión Europea (Unión Europea)
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