La robo-estrella de mar está diseñada para permitir un estudio más detallado de la vida acuática.

Los biólogos han enfrentado durante mucho tiempo los desafíos de documentar la vida marina y muchas especies de peces están resultando bastante vulnerables a los movimientos humanos bajo el agua.

Como posible solución, los informáticos han desarrollado robots marinos especiales que pueden moverse en secreto entre sus homólogos basados ​​en carbono: por ejemplo, en 2018, un equipo del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial del MIT (CSAIL) creó pez robot suave que nadaron independientemente con peces reales a lo largo de los arrecifes de coral de Fiji.

Sin embargo, la compleja dinámica del movimiento del agua, y su capacidad para arruinar rápidamente algunos sistemas electrónicos perfectamente finos, sí lo hizo. robots submarinos especialmente difícil de desplegar en comparación con el aire o la tierra. En el caso de los peces, el equipo de CSAIL tuvo que ajustar manualmente el diseño a través de meses de prueba y error para que pudiera funcionar de manera confiable en el agua.

Aunque este robot era particularmente complejo, el grupo dirigido por los profesores del MIT Wojciech Matusik y Daniel Rus todavía sentía que había espacio para acelerar el proceso de fabricación. Con eso en mente, ahora han desarrollado una nueva herramienta para simular y fabricar un robot blando funcional en cuestión de horas.

El equipo utilizó su sistema para crear una estrella de mar robótica y suave hecha de espuma de silicona que puede moverse con un solo actuador de baja potencia. La estrella de mar se mueve por medio de tendones en sus cuatro patas, que están conectadas a un servomotor que sirve para doblar y soltar las patas.

“Las interacciones pasivas entre un robot submarino y las fuerzas fluidas que lo rodean, ya sea una corriente tranquila o una ola ondulante, son mucho más complicadas que cuando el robot se mueve sobre un terreno estable, lo que hace que su formación sistemas de control bastante difícil “, dice la investigadora postdoctoral de CSAIL Josephine Hughes, coautora de un nuevo artículo sobre estrellas de mar junto con la estudiante de doctorado Tao Du.” Sin embargo, con este simulador, un proceso que normalmente podría llevar días o semanas puede llevar varias horas “.

Du dice que el equipo eligió el diseño de estrella de mar debido a la simplicidad y elegancia de su movimiento, donde apretar y soltar las piernas hace que se mueva hacia adelante. Sin embargo, el equipo descubrió que el simulador funciona para una variedad de tipos de cuerpos, por lo que a continuación explorarán diseños inspirados en tortugas marinas, mantarrayas y tiburones que involucran estructuras más complejas como articulaciones, aletas y aletas.

La herramienta del grupo incluye un modelo de aprendizaje automático que realiza la simulación inicial y el diseño de controles de robot, que luego se fabrica rápidamente. Los experimentos de robots del mundo real se utilizan para recopilar más datos con el fin de mejorar y optimizar repetidamente su diseño. Como resultado, el robot generalmente solo necesita ser refabricado una vez. (Actualmente se está revisando un artículo separado sobre el desarrollo de herramientas de simulación).

“Cuando hacemos simulaciones de robots, necesitamos hacer aproximaciones, que por definición crean una brecha entre la simulación y la realidad”, dice Cecilia Laschi, profesora de control y mecatrónica en la Universidad Nacional de Singapur, que no participó en la investigación. “Este trabajo tiene como objetivo reducir esta brecha del mundo real con un ciclo mixto de experimentos simulados y del mundo real que son bastante efectivos”.

Para el cuerpo de la estrella de mar, el equipo utilizó espuma de silicona debido a sus propiedades flexibles, flotabilidad natural y su capacidad para elaborarse rápida y fácilmente. En experimentos, los científicos descubrieron que una estrella de mar puede moverse a través del agua cuatro veces más rápido que con un controlador hecho a mano. por un experto-humano.

De hecho, Hughes dice que el equipo descubrió que el simulador parece estar usando estrategias de control en las que la gente no habría pensado.

“Aprendimos de la estrella de mar robot que además de los movimientos de piernas bastante visibles que hacen, hay algunos movimientos sutiles de alta frecuencia que pueden darles un impulso importante”, dice Hughes.

El proyecto se basa en una serie de diseños de CSAIL centrados en robots blandos, que según Rus pueden ser más seguros, más fuertes y más ágiles que sus contrapartes de cuerpo rígido. Los investigadores están recurriendo cada vez más a robots blandos en entornos que les exigen maniobrar en espacios reducidos, ya que estos robots son más resistentes a la regeneración de las colisiones. Laschi dice que las herramientas del equipo podrían usarse para desarrollar robots para medir datos en diferentes ubicaciones en las profundidades del océano y para visualizar robots que pueden moverse de nuevas formas en las que los científicos aún no han pensado.

“Robots bioinspirados como la estrella de mar robot y SoFi puede acercarse a la vida marina sin perturbarla “, dice Rus.” En el futuro, gracias al rápido diseño y construcción de herramientas robóticas bioinspiradas, será posible crear observatorios personalizados que se puedan implementar en la naturaleza para observar la vida “.

Du y Hughes escribieron el artículo con Matusik, Rus y el estudiante del MIT Sebastien Wah. El artículo fue publicado esta semana en Journal of Robotics Automation Lettersy también se presentará virtualmente el próximo mes en la Conferencia Internacional IEEE sobre Robótica Suave (RoboSoft).