Un robot insectoide es un robot, generalmente pequeño, que presenta algunas características parecidas a las de un insecto. Estos pueden incluir métodos de locomoción (incluido el vuelo ), métodos de navegación e inteligencia artificial basada en modelos de insectos. Muchos de los problemas que enfrentan los diseñadores de robots en miniatura han sido resueltos por la evolución de los insectos. Los investigadores naturalmente buscan inspiración y soluciones en los insectos.
La locomoción de los robots se ha inspirado frecuentemente en la fisiología de los insectos. Estos robots suelen adoptar la forma de un hexápodo . La investigación se ha vuelto multidisciplinaria, involucrando no sólo a ingenieros en robótica, sino también a biólogos, especialmente neurobiólogos . Los ingenieros se benefician de esta relación al adquirir una mejor comprensión del funcionamiento de los insectos que han utilizado para modelar sus robots. Los biólogos, a su vez, obtienen una plataforma en la que pueden probar sus teorías sobre el control motor de los insectos. [1]
Construir un robot que pueda caminar sobre una superficie plana en el laboratorio es una tarea bastante sencilla. Un robot hexápodo con simples clavijas a modo de patas unidas mecánicamente logrará esta tarea. Por otra parte, un robot con ruedas podría ser incluso más simple, pero podría ser completamente incapaz de resolver el problema mucho más difícil de cruzar un terreno accidentado con obstáculos impredecibles. Para ello se necesitan articulaciones articuladas en las patas como en un insecto real, con control sensor-motor como la neurología de un insecto real. Un simple ciclo rítmico de las piernas no es suficiente. Las piernas y las articulaciones deben controlarse individualmente y en combinación según la información recibida de los sensores de carga y posición de las extremidades. [2]
El andar de los insectos cambia con la velocidad deseada. Las investigaciones han demostrado que estos patrones de marcha aún pueden generarse localmente en muchos insectos incluso cuando están completamente desconectados del sistema nervioso central . [3] En algunos insectos, por ejemplo la cucaracha , la forma de andar cambia en un insecto que corre, en parte porque el sistema nervioso del insecto no puede responder con la suficiente rapidez. Una cucaracha que corre cambia su forma de andar y empuja con las tres patas juntas de un lado. El movimiento característico de lado a lado del animal se produce a la frecuencia de resonancia biomecánica establecida por el peso del insecto y la rigidez elástica de las patas combinadas. Este modo no necesita la entrada de un controlador externo y es eficiente y estable. [4] Los investigadores reconocen las ventajas de las características de los insectos reales, pero hasta 2004, "rara vez se han reunido en un robot..." [5]
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Para una aeronave muy pequeña, el vuelo con ala fija resulta poco práctico debido a la rápida disminución de la relación sustentación-arrastre con el tamaño. El vuelo de los insectos, por otro lado, es siempre ornitóptero , lo que sugiere un enfoque para los robots insectoides. Ma et al. por ejemplo, desarrolló una mosca robot atada con alas batientes construida de material piezoeléctrico . Ma eligió modelar el robot sobre la marcha porque, según su artículo, es la criatura más ágil que existe y, por tanto, la más difícil de emular como robot. [6]
Los insectos tienen muy pocos recursos para dedicar a la inteligencia en el sentido humano del poder de procesamiento del cerebro . El número de neuronas de un insecto varía según la especie, desde un millón hasta tan sólo diez mil. [7] En comparación, los humanos tenemos 86 mil millones de neuronas. [8] Además, los cerebros grandes necesitan mucha energía. Por lo tanto, los insectos deben encontrar otros métodos para desarrollar inteligencia, como incorporar la inteligencia en hardware, conexiones locales sensor-motor e inteligencia de enjambre . Hubo un tiempo en que se esperaba que los robots evitarían la necesidad de tales soluciones debido al rápido aumento de la potencia de procesamiento y la disminución del tamaño de las computadoras según la ley de Moore . Sin embargo, este proceso parece estar llegando a su límite y las soluciones para insectos parecen cada vez más atractivas. [9]
Ya se han mencionado los ritmos de marcha de las cucarachas independientes del sistema nervioso central. Un gran avance en los robots insectoides voladores se produjo al aplicar los mismos principios a las alas. Los intentos de controlar el ángulo de ataque de las alas con un procesador central no tuvieron éxito porque no se pudo lograr una relación elevación-peso mayor que la unidad. Quitar el procesador y permitir que las alas giren pasivamente a la frecuencia natural del sistema mecánico redujo el peso lo suficiente como para permitir el vuelo controlado de insectoides por primera vez [10] en 2008 con un robot parecido a una mosca. Sin embargo, el robot fue impulsado externamente a través de un umbilical en lugar de un vuelo completamente libre. [11]
Los enjambres de robots pueden resolver problemas que no son posibles con los recursos de procesamiento limitados de un solo robot. Son particularmente útiles en tareas de exploración. Se pueden utilizar para encontrar la ruta más corta a un destino y se han propuesto para buscar fuentes de gas en entornos peligrosos. Otra propuesta son robots que se autoensamblan en una estructura para permitir que el enjambre cruce un hueco a la manera de las hormigas. [12]
Los insectos voladores tienen una resolución visual espacial deficiente, deben responder rápidamente y tienen poco o ningún poder de procesamiento neuronal avanzado. Debido a limitaciones de espacio y peso, los robots insectoides voladores tienen una serie de problemas muy similares. En 2003, Franceschini et al. investigó la posibilidad de utilizar soluciones de insectos para resolver problemas de navegación de robots. Franceschini construyó un robot de investigación basado en la fisiología neuronal de una mosca. En realidad, el robot no era un robot volador, sino un vehículo con ruedas. [13] El objetivo de la investigación era demostrar que un simple control sensor-motor utilizando únicamente la detección visual de movimiento podía navegar un rumbo. [14]
El uso de la inteligencia de insectos en la navegación de robots se lleva practicando desde 1986, pero inicialmente no fue adoptado por los ingenieros que construyen robots. Se consideró que debido a que los insectos carecen de corteza visual y, por lo tanto, no pueden realizar procesamiento visual avanzado ni formación de imágenes, un robot basado en dicha tecnología no tendría mucho éxito. Franceschini sostiene que no es necesario poseer una corteza visual para la tarea de navegación y, de hecho, sería una carga innecesaria para un robot insecto (tanto el peso como el tiempo de procesamiento serían problemas). Franceschini señala que muchos de los sistemas visuales de los humanos tampoco pasan por la corteza visual. No siempre es necesario formar imágenes e identificar objetos. [15]