La robótica BEAM [1] (de biología , electrónica , estética y mecánica ) es un estilo de robótica que utiliza principalmente circuitos analógicos simples , como comparadores , en lugar de un microprocesador para producir un diseño inusualmente simple. Si bien no es tan flexible como la robótica basada en microprocesadores, la robótica BEAM puede ser robusta y eficiente a la hora de realizar la tarea para la que fue diseñada.
Los robots BEAM pueden utilizar un conjunto de circuitos analógicos, [2] que imitan neuronas biológicas, para facilitar la respuesta del robot a su entorno de trabajo.
Mecanismos y principios
Los principios básicos de BEAM se centran en una capacidad basada en estímulo-respuesta dentro de una máquina. El mecanismo subyacente fue inventado por Mark W. Tilden donde el circuito (o una red Nv de neuronas Nv ) se utiliza para simular comportamientos neuronales biológicos. Ed Rietman realizó anteriormente una investigación similar en 'Experimentos en redes neuronales artificiales'. El circuito de Tilden a menudo se compara con un registro de desplazamiento , pero tiene varias características importantes que lo convierten en un circuito útil en un robot móvil.
Otras reglas que están incluidas (y aplicadas en distintos grados):
- Utilice el menor número posible de elementos electrónicos ( "keep it simple" )
- Reciclar y reutilizar chatarra tecnológica
- Utilice energía radiante (como la energía solar )
Hay una gran cantidad de robots BEAM diseñados para utilizar la energía solar de pequeños paneles solares para alimentar un "motor solar" que crea robots autónomos capaces de operar en una amplia gama de condiciones de iluminación. Además de la simple capa computacional de las " Redes nerviosas " de Tilden , BEAM ha aportado una multitud de herramientas útiles a la caja de herramientas del robótico. La comunidad BEAM ha documentado y compartido el circuito "Motor Solar", muchos circuitos de puente H para control de motores pequeños, diseños de sensores táctiles y técnicas de construcción de robots de mesoescala (del tamaño de la palma de la mano). [3]
Robots de haz
Al centrarse en comportamientos "basados en reacciones" (como se inspiró originalmente en el trabajo de Rodney Brooks ), la robótica BEAM intenta copiar las características y comportamientos de los organismos biológicos , con el objetivo final de domesticar estos robots "salvajes". La estética de los robots BEAM se deriva del principio " la forma sigue a la función ", modulado por las elecciones de diseño particulares que realiza el constructor al implementar la funcionalidad deseada.
Disputas en el nombre.
Varias personas tienen ideas diferentes sobre lo que realmente significa BEAM. El significado más aceptado es Biología , Electrónica , Estética y Mecánica .
Este término se originó con Mark Tilden durante una discusión en el Centro de Ciencias de Ontario en 1990. Mark estaba mostrando una selección de sus robots originales que había construido mientras trabajaba en la Universidad de Waterloo .
Sin embargo, hay muchos otros nombres semipopulares en uso, [ cita necesaria ] que incluyen:
- B iotecnología E tología A nalogía M orfología
- Construyendo E volución Anarquía M odularidad
Microcontroladores
A diferencia de muchos otros tipos de robots controlados por microcontroladores , los robots BEAM se basan en el principio de utilizar múltiples comportamientos simples vinculados directamente a sistemas de sensores con poco acondicionamiento de señal . Esta filosofía de diseño se refleja fielmente en el libro clásico "Vehicles: Experiments in Synthetic Psychology". [4] A través de una serie de experimentos mentales, este libro explora el desarrollo de comportamientos complejos de robots a través de simples enlaces de sensores inhibidores y excitadores a los actuadores . Los microcontroladores y la programación de computadoras generalmente no forman parte de un robot BEAM tradicional (también conocido como "puro") debido a la filosofía de diseño centrada en el hardware de muy bajo nivel .
Hay diseños de robots exitosos que combinan las dos tecnologías. Estos "híbridos" satisfacen la necesidad de sistemas de control robustos con la flexibilidad adicional de la programación dinámica, como los BEAMbots con topología de "caballo y jinete" (por ejemplo, el ScoutWalker 3 [5] ). El comportamiento del "caballo" se implementa con la tecnología BEAM tradicional, pero un "jinete" basado en un microcontrolador puede guiar ese comportamiento para lograr los objetivos del "jinete".
Tipos
Hay varios BEAMbots " -tropo ", que intentan lograr un objetivo específico. De la serie, los fotótropos son los más frecuentes, ya que la búsqueda de luz sería el comportamiento más beneficioso para un robot alimentado por energía solar.
- Los audiotropos reaccionan a las fuentes de sonido.
- Los audiófilos recurren a las fuentes de sonido.
- Los audiófobos se alejan de las fuentes de sonido.
- Los fotótropos ("buscadores de luz") reaccionan a las fuentes de luz.
- Los fotófilos (también fotóvoros ) se dirigen hacia las fuentes de luz.
- Los fotófobos se alejan de las fuentes de luz.
- Los radiotropos reaccionan a fuentes de radiofrecuencia .
- Los radiófilos recurren a fuentes de RF.
- Los radiófobos desaparecen de las fuentes de RF.
- Los termotropos reaccionan a las fuentes de calor.
- Los termófilos se dirigen hacia las fuentes de calor.
- Los termófobos se alejan de las fuentes de calor.
General
Los BEAMbots tienen una variedad de movimientos y mecanismos de posicionamiento. Éstas incluyen:
- Sitters : Robots inmóviles que tienen un propósito físicamente pasivo. [6]
- Balizas: transmiten una señal (normalmente una señal de navegación) para que la utilicen otros BEAMbots.
- Pummers: Muestra un "espectáculo de luces" o un patrón de sonidos. Los pummers suelen ser robots nocturnos que almacenan energía solar durante el día y luego se activan durante la noche. [7]
- Adornos: Un nombre general para los modelos que no son faros ni pummers. Muchas veces, se trata en su mayoría de arte electrónico . [8]
- Squirmers : robots estacionarios que realizan una acción interesante (normalmente moviendo algún tipo de extremidades o apéndices). [9]
- Magbots: utilizan campos magnéticos para su modo de animación.
- Flagwavers: Mueve una pantalla (o "bandera") a una frecuencia determinada.
- Cabezas: giran y siguen algunos fenómenos detectables, como una luz (son populares en la comunidad BEAM. Pueden ser robots independientes, pero con mayor frecuencia están incorporados a un robot más grande). [10]
- Vibradores: utilice un pequeño motor de buscapersonas con un peso descentrado para sacudirse.
- Sliders : Robots que se mueven deslizando partes del cuerpo suavemente a lo largo de una superficie mientras permanecen en contacto con ella.
- Serpientes: Muévete usando un movimiento ondulatorio horizontal.
- Lombrices de tierra: se mueven mediante un movimiento ondulatorio longitudinal .
- Crawlers : Robots que se mueven mediante orugas o haciendo rodar el cuerpo del robot con algún tipo de apéndice. El cuerpo del robot no es arrastrado por el suelo.
- Rodaballos: Hacen rodar todo su cuerpo usando sus brazos o flagelos.
- Gusanos de pulgada: Mueven parte de su cuerpo hacia adelante, mientras el resto del chasis está en el suelo.
- Robots con orugas: utilice ruedas con orugas, como un tanque .
- Saltadores : Robots que se impulsan del suelo como medio de locomoción.
- Vibrobots: Producen un movimiento de vibración irregular moviéndose por una superficie.
- Springbots: avanza rebotando en una dirección particular.
- Rodillos : Robots que se desplazan haciendo rodar todo o parte de su cuerpo.
- Symets: Accionado mediante un solo motor con su eje tocando el suelo, y se mueve en diferentes direcciones dependiendo de cuál de varios puntos de contacto simétricos alrededor del eje está tocando el suelo.
- Solarrollers : Coches impulsados por energía solar que utilizan un solo motor que impulsa una o más ruedas; a menudo diseñado para completar un recorrido bastante corto, recto y nivelado en el menor tiempo posible.
- Poppers: Utilice dos motores con motores solares separados; confiar en sensores diferenciales para lograr un objetivo.
- Minibolas: Desplazan su centro de masa , haciendo que sus cuerpos esféricos rueden.
- Andadores : Robots que se desplazan mediante patas con contacto diferencial con el suelo. Los caminantes BEAM generalmente usan redes Nv y no están programados de ninguna manera: caminan y responden al terreno mediante la entrada resistiva de sus motores.
- Impulsado por motor: utilice motores para mover las piernas (normalmente 3 motores o menos).
- Impulsado por cables musculares: utilice cables de nitinol ( aleación de níquel-titanio ) para los actuadores de sus piernas.
- Nadadores : También llamados aquabots o aquavores. Robots que se mueven sobre o debajo de la superficie de un líquido (normalmente agua). [11]
- Boatbots: Operan sobre la superficie de un líquido.
- Subbots: Operan bajo la superficie de un líquido.
- Voladores : Robots que se desplazan por el aire durante períodos sostenidos.
- Helicópteros: utilice un rotor motorizado para proporcionar sustentación y propulsión.
- Aviones: utilizan alas fijas o batientes para generar sustentación.
- Dirigibles: utilice un globo de flotabilidad neutra para elevarse.
- Escaladores : Robot que sube o baja por una superficie vertical, generalmente sobre una pista como una cuerda o alambre.
Aplicaciones y avances actuales
En la actualidad [ ¿cuándo? ] , los robots autónomos han tenido una aplicación comercial limitada, con algunas excepciones, como el robot aspirador iRobot Roomba y algunos robots cortacésped. La principal aplicación práctica de BEAM ha sido la creación rápida de prototipos de sistemas de movimiento y aplicaciones de hobby/educación. Mark Tilden ha utilizado con éxito BEAM para la creación de prototipos de productos para Wow-Wee Robotics, como lo demuestran BIOBug y RoboRaptor. Solarbotics Ltd., Bug'n'Bots, JCM InVentures Inc. y PagerMotors.com también han lanzado al mercado productos educativos y para pasatiempos relacionados con BEAM. Vex también ha desarrollado Hexbugs , pequeños robots BEAM.
Los aspirantes a robóticos BEAM a menudo tienen problemas con la falta de control directo sobre los circuitos de control "puros" de BEAM. Se está trabajando para evaluar técnicas biomórficas que copian sistemas naturales porque parecen tener una increíble ventaja de rendimiento sobre las técnicas tradicionales. Hay muchos ejemplos de cómo los cerebros de insectos diminutos son capaces de funcionar mucho mejor que la microelectrónica más avanzada. [ cita necesaria ]
Otra barrera para la aplicación generalizada de la tecnología BEAM es la naturaleza aleatoria percibida de la "red nerviosa", que requiere que el constructor aprenda nuevas técnicas para diagnosticar y manipular con éxito las características de los circuitos. Un grupo de expertos de académicos internacionales [12] se reúne anualmente en Telluride, Colorado, para abordar este tema directamente, y hasta hace poco, Mark Tilden ha sido parte de este esfuerzo (tuvo que retirarse debido a sus nuevos compromisos comerciales con los juguetes Wow-Wee). ).
Al no tener memoria a largo plazo, los robots BEAM generalmente no aprenden de comportamientos pasados. Sin embargo, ha habido trabajo en la comunidad BEAM para abordar este problema. Uno de los robots BEAM más avanzados en este sentido es Hider de Bruce Robinson, [13] que tiene un grado impresionante de capacidad para un diseño sin microprocesador.
Publicaciones
Patentes
- Patente estadounidense 613,809 - Método y aparato para controlar el mecanismo de un vehículo o vehículos en movimiento - Patente "telautomaton" de Tesla [ cita requerida ] ; Primera puerta lógica .
- Patente estadounidense 5.325.031 - Sistemas nerviosos robóticos adaptativos y circuitos de control para los mismos - Patente de Tilden; Un circuito de control autoestabilizador que utiliza circuitos de retardo de impulsos para controlar las extremidades de un robot con extremidades, y un robot que incorpora dicho circuito; "neuronas" artificiales.
Libros y papeles
- Conrad, James M. y Jonathan W. Mills, " Stiquito: experimentos avanzados con un robot simple y económico ", El futuro de los robots andantes propulsados por nitinol , Mark W. Tilden. Los Alamitos, California, IEEE Computer Society Press, c1998. LCCN 96029883 ISBN 0-8186-7408-3
- Tilden, Mark W. y Brosl Hasslacher , " Living Machines ". Laboratorio Nacional de Los Álamos , Los Álamos, NM 87545, EE. UU.
- Tilden, Mark W. y Brosl Hasslacher , " El diseño de máquinas biomecánicas" vivas ": ¿hasta dónde se puede llegar?" ". Laboratorio Nacional de Los Alamos, Los Alamos, NM 87545, EE. UU.
- Aún así, Susanne y Mark W. Tilden, " Controlador de una máquina andante de cuatro patas ". ETH Zurich, Instituto de Neuroinformática y División de Biofísica, Laboratorio Nacional de Los Alamos.
- Braitenberg, Valentino , " Vehículos: experimentos en psicología sintética ", 1984. ISBN 0-262-52112-1
- Rietman, Ed, " Experimentos en redes neuronales artificiales ", 1988. ISBN 0-8306-0237-2
- Tilden, Mark W. y Brosl Hasslacher , " Robótica y máquinas autónomas : la biología y la tecnología de agentes autónomos inteligentes ", ID del documento LANL: LA-UR-94-2636, primavera de 1995.
- Dewdney, AK " Fotovoros: se construyen robots inteligentes a partir de desechos ". Scientific American, septiembre de 1992, v267, n3, p42(1)
- Smit, Michael C. y Mark Tilden, " Beam Robotics ". Algoritmo, vol. 2, núm. 2, marzo de 1991, páginas 15-19.
- Hrynkiw, David M. y Tilden, Mark W., " Junkbots, Bugbots y Bots on Wheels ", 2002. ISBN 0-07-222601-3 (sitio web de soporte de libros)
Ver también
Referencias
- ^ "Robótica BEAM". Robohub . Consultado el 30 de diciembre de 2019 .
- ^ "Biblioteca de referencia BEAM - Circuitos BEAMbot". solarbotics.net . Consultado el 30 de diciembre de 2019 .
- ^ Comunidad BEAM
- ^ Braitenberg, Valentino. Vehículos, Experimentos en Psicología Sintética. Cambridge, Mass: MIT Press, 1984. Imprimir.
- ^ "El ScoutWalker 3". Archivado desde el original el 17 de julio de 2012 . Consultado el 21 de junio de 2012 .
- ^ Seale, Eric, " Niñeras ". La Enciclopedia BEAMia, 2003.
- ^ Seale, Eric, " Pummers ". La Enciclopedia BEAMia, 2003.
- ^ Seale, Eric, " Adornos ". La Enciclopedia BEAMia, 2003
- ^ Seale, Eric, " Retorcidos ". La Enciclopedia BEAMia, 2003.
- ^ Seale, Eric, " Cabezas ". La Enciclopedia BEAMia, 2003.
- ^ Seale, Eric, " Nadador ". La Enciclopedia BEAMia, 2003.
- ^ Instituto de Ingeniería Neuromórfica Archivado el 16 de julio de 2019 en Wayback Machine (INE)
- ^ El ocultador de Bruce Robinson
enlaces externos
- Haz Yahoo! Archivo de grupo
- Solarbotics, " Servidor y alojamiento comunitario BEAM ", 2003
- Miller, Andrew, " El MicroCore "
- Bolt, Steven, " PiTronics ", octubre de 2004
- Van Zoelen, AA, " BEAM Robotics ", 1998
- Robinson, Bruce N., " Hider ", 2005
- Walke, Kevin, " Entrevista a Mark Tilden ", marzo de 2000
- Fang, Chiu-Yuan, " BEAM Robotics ", 1999
- Bernstein, Ian, " BEAM en línea ", 2003
- Beamitaly, " BeamItaly ", 1998.
