La robótica de enjambre es un enfoque para la coordinación de múltiples robots como un sistema que consta de una gran cantidad de robots físicos, en su mayoría simples . ″En un enjambre de robots, el comportamiento colectivo de los robots resulta de interacciones locales entre los robots y entre los robots y el entorno en el que actúan.″ [1] Se supone que un comportamiento colectivo deseado surge de las interacciones entre los robots. e interacciones de los robots con el medio ambiente. Este enfoque surgió en el campo de la inteligencia artificial de enjambres , así como en los estudios biológicos de insectos, hormigas y otros campos de la naturaleza, donde ocurre el comportamiento de enjambres .
La investigación de la robótica de enjambre consiste en estudiar el diseño de los robots, su cuerpo físico y sus comportamientos de control . Está inspirado, pero no limitado, por [2] el comportamiento emergente observado en los insectos sociales , llamado inteligencia de enjambre . Reglas individuales relativamente simples pueden producir un gran conjunto de comportamientos complejos de enjambre . Un componente clave es la comunicación entre los miembros del grupo que construyen un sistema de retroalimentación constante. El comportamiento de enjambre implica un cambio constante de los individuos en cooperación con otros, así como el comportamiento de todo el grupo.
A diferencia de los sistemas robóticos distribuidos en general, la robótica enjambre enfatiza una gran cantidad de robots y promueve la escalabilidad , por ejemplo, utilizando únicamente comunicación local. [3] Que la comunicación local, por ejemplo, se puede lograr mediante sistemas de transmisión inalámbrica , como la radiofrecuencia o los infrarrojos . [4]
La miniaturización y el costo son factores clave en la robótica de enjambre. Éstas son las limitaciones a la hora de construir grandes grupos de robots; por lo tanto, se debe enfatizar la simplicidad de cada miembro del equipo. Esto debería motivar un enfoque inteligente de enjambre para lograr un comportamiento significativo a nivel de enjambre, en lugar de a nivel individual.
Muchas investigaciones se han dirigido a este objetivo de simplicidad a nivel de robot individual. Ser capaz de utilizar hardware real en la investigación de Swarm Robotics en lugar de simulaciones permite a los investigadores encontrar y resolver muchos más problemas y ampliar el alcance de Swarm Research. Por tanto, el desarrollo de robots simples para la investigación de inteligencia de enjambre es un aspecto muy importante de este campo. Los objetivos incluyen mantener bajo el costo de los robots individuales para permitir la escalabilidad , haciendo que cada miembro del enjambre requiera menos recursos y sea más eficiente en energía y energía.
En comparación con los robots individuales, un enjambre normalmente puede descomponer las misiones asignadas en subtareas; [5] un enjambre es más resistente al fallo parcial del enjambre y es más flexible con respecto a diferentes misiones. [6]
Uno de esos sistemas de enjambre es el sistema robótico LIBOT [7] , que implica un robot de bajo costo construido para robótica de enjambre al aire libre. Los robots también están fabricados con disposiciones para uso en interiores a través de Wi-Fi, ya que los sensores GPS proporcionan una mala comunicación dentro de los edificios. Otro intento de este tipo es el microrobot (Colias), [8] construido en el Laboratorio de Inteligencia Informática de la Universidad de Lincoln , Reino Unido. Este micro robot está construido sobre un chasis circular de 4 cm y es una plataforma abierta y de bajo costo para su uso en una variedad de aplicaciones de Swarm Robotics.
Las posibles aplicaciones de la robótica de enjambre son muchas. Incluyen tareas que exigen miniaturización ( nanorobótica , microbótica ), como tareas de detección distribuida en micromaquinaria o el cuerpo humano. Uno de los usos más prometedores de la robótica de enjambre es en misiones de búsqueda y rescate . [9] Se podrían enviar enjambres de robots de diferentes tamaños a lugares a los que los rescatistas no pueden llegar de forma segura, para explorar el entorno desconocido y resolver laberintos complejos mediante sensores a bordo. [9] Por otro lado, la robótica de enjambre puede adaptarse a tareas que exigen diseños baratos, por ejemplo, tareas de minería o pastoreo agrícola. [10]
Lo que resulta más controvertido es que enjambres de robots militares pueden formar un ejército autónomo. Las fuerzas navales estadounidenses han probado un enjambre de embarcaciones autónomas que pueden dirigirse y emprender acciones ofensivas por sí mismas. Los barcos no están tripulados y pueden equiparse con cualquier tipo de equipo para disuadir y destruir barcos enemigos. [11]
Durante la Guerra Civil Siria , las fuerzas rusas en la región informaron de ataques a su principal base aérea en el país por enjambres de drones de ala fija cargados con explosivos. [12]
La mayoría de los esfuerzos se han centrado en grupos relativamente pequeños de máquinas. Sin embargo, Harvard demostró en 2014 un enjambre formado por 1.024 robots individuales, el más grande hasta la fecha. [13]
Otro gran conjunto de aplicaciones se puede resolver utilizando enjambres de microvehículos aéreos , que también se investigan ampliamente en la actualidad. En comparación con los estudios pioneros de enjambres de robots voladores que utilizan sistemas precisos de captura de movimiento en condiciones de laboratorio, [14] los sistemas actuales como Shooting Star pueden controlar equipos de cientos de microvehículos aéreos en entornos exteriores [15] utilizando sistemas GNSS (como GPS) o incluso estabilizarlos utilizando sistemas de localización a bordo [16] cuando el GPS no esté disponible. [17] [18] Ya se han probado enjambres de microvehículos aéreos en tareas de vigilancia autónoma, [19] seguimiento de columnas, [20] y reconocimiento en una falange compacta. [21] Se han realizado numerosos trabajos sobre enjambres cooperativos de vehículos terrestres y aéreos no tripulados con aplicaciones específicas de monitoreo ambiental cooperativo, [22] localización y mapeo simultáneos , [23] protección de convoyes, [24] y localización y seguimiento de objetivos en movimiento. [25]
Además, se ha avanzado en la aplicación de enjambres autónomos en el ámbito de la fabricación, lo que se conoce como impresión 3D enjambre . Esto es particularmente útil para la producción de estructuras y componentes grandes, donde la impresión 3D tradicional no se puede utilizar debido a limitaciones de tamaño del hardware. La miniaturización y la movilización masiva permiten que el sistema de fabricación logre invariancia de escala , sin limitación en el volumen de construcción efectivo. Aunque se encuentra en su etapa inicial de desarrollo, empresas emergentes están comercializando la impresión 3D enjambre. Utilizando el proceso de fabricación aditiva metálica de impresión por inducción rápida, Rosotics [26] fue la primera empresa en demostrar la impresión 3D en enjambre utilizando una carga útil metálica, y la única en lograr la impresión 3D metálica desde una plataforma aérea. [27]
Los enjambres de drones se utilizan en la búsqueda de objetivos, visualización de drones y entrega. Una exhibición de drones comúnmente utiliza múltiples drones iluminados por la noche para una exhibición artística o publicidad. Un enjambre de drones en la entrega puede transportar múltiples paquetes a un solo destino a la vez y superar las limitaciones de carga útil y batería de un solo drone. [28] Un enjambre de drones puede emprender diferentes formaciones de vuelo para reducir el consumo total de energía debido a las fuerzas de arrastre. [29]
El enjambre de drones también puede conllevar problemas de control adicionales relacionados con factores humanos y el operador del enjambre. Ejemplos de esto incluyen una alta demanda cognitiva y complejidad al interactuar con múltiples drones debido al cambio de atención entre diferentes drones individuales. [30] [31] La comunicación entre el operador y el enjambre también es un aspecto central. [32]
En 2023, investigadores de la Universidad de Washington y Microsoft demostraron enjambres acústicos de pequeños robots que crean parlantes inteligentes que cambian de forma. [33] Estos pueden usarse para manipular escenas acústicas para enfocar o silenciar sonidos de una región específica en una habitación. [34] Aquí, pequeños robots cooperan entre sí utilizando señales de sonido, sin cámaras, para navegar cooperativamente con una precisión de centímetros. Estos dispositivos enjambre se extienden sobre una superficie para crear una matriz de micrófonos inalámbricos distribuidos y reconfigurables. También regresan a la estación de carga donde se pueden recargar automáticamente. [35]