Robots vs animales: ¿quién gana la carrera en entornos naturales?

resumen: Los investigadores han descubierto si los robots modernos pueden superar a los organismos biológicos en velocidad y agilidad. El estudio concluyó que a pesar de los avances en ingeniería, los animales todavía superan a los robots en eficiencia locomotora en entornos naturales.

Los investigadores descubrieron que la integración de componentes robóticos no alcanza el proceso coherente a nivel de sistema observado en los animales. Esta visión está impulsando el desarrollo de sistemas robóticos más integrados y adaptables, inspirados en el diseño de la naturaleza.

Hechos clave:

1. Eficiencia robótica versus biológica: El estudio confirma que los subsistemas robóticos individuales, como la potencia y la actuación, pueden igualar o superar a sus homólogos biológicos, pero los robots no funcionan tan bien como los animales cuando se combinan estos sistemas.
2. Modelos biológicos inspiradores: La investigación destaca cómo los animales, como las arañas lobo y las cucarachas, destacan en terrenos y tareas complejos debido a sus sistemas biológicos integrados y versátiles.
3. Tendencias futuras de la ingeniería: Los hallazgos alientan a los ingenieros a repensar el diseño de robots y exigen un enfoque más integrado similar a los sistemas biológicos, donde se combinan diferentes funciones dentro de componentes individuales.

fuente: Universidad de Colorado

Quizás la pregunta sea una versión del siglo XXI del cuento de la liebre y la tortuga: ¿quién ganaría en una carrera a pie entre un robot y un animal?

En un nuevo artículo de perspectiva, un equipo de ingenieros de Estados Unidos y Canadá, incluido el robótico Kaushik Jayaram de la Universidad de Colorado Boulder, se propuso responder a este misterio.

El grupo analizó datos de docenas de estudios y llegó a un rotundo «no». En casi todos los casos, las criaturas biológicas, como los guepardos, las cucarachas e incluso los humanos, parecen ser capaces de superar a sus homólogos robóticos.

Los investigadores, dirigidos por Samuel Borden de la Universidad de Washington y Maxwell Donnellan de la Universidad Simon Fraser, publicaron sus hallazgos la semana pasada en la revista. Robótica científica.

«Como ingeniero, es un poco molesto», dijo Jayaram, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica Paul M. Rady de la Universidad de Colorado Boulder. «A lo largo de 200 años de extensa ingeniería, hemos podido enviar naves espaciales a la Luna, Marte y mucho más, pero es desconcertante que todavía no tengamos robots que se muevan mucho mejor en entornos naturales que los sistemas biológicos».

Espera que este estudio inspire a los ingenieros a aprender cómo construir robots más inteligentes y adaptables. Los investigadores concluyeron que el hecho de que los robots no superen a los animales no se debe a una deficiencia en ninguna pieza de maquinaria, como baterías o motores. En cambio, los ingenieros pueden tener dificultades para lograr que estas piezas funcionen juntas de manera eficiente.

Esta búsqueda es una de las principales pasiones de Jayaram. Su laboratorio en el campus de CU Boulder es el hogar de muchos bichos espeluznantes, incluidas varias arañas lobo peludas del tamaño de medio dólar.

«Las arañas lobo son cazadoras naturales», dijo Jayaram. «Viven debajo de las rocas y pueden correr sobre terrenos complejos a una velocidad asombrosa para atrapar a sus presas».

Imagina un mundo en el que los ingenieros construyan robots que actúen más como estas inusuales arañas.

«Los animales son, hasta cierto punto, la encarnación de este principio de diseño fundamental, un sistema que funciona bien en conjunto», dijo.

energía de cucaracha

Pregunta «¿Quién puede correr mejor, los animales o los robots?» Es complicado porque la operación en sí es complicada.

En investigaciones anteriores, Jayaram y sus colegas de la Universidad de Harvard diseñaron un grupo de robots que buscan imitar el comportamiento aversivo de las cucarachas. El modelo HAMR-Jr del equipo cabe en una moneda y corre a velocidades equivalentes a la de un guepardo. Pero, señaló Jayaram, si bien el HAMR-Jr puede moverse hacia adelante y hacia atrás, no se mueve bien de lado a lado o en terreno accidentado.

Por el contrario, la humilde cucaracha no tiene problemas para correr por superficies que van desde porcelana hasta tierra y grava. También pueden derribar paredes y pasar por pequeñas grietas.

Para comprender por qué esta diversidad es un desafío para la robótica, los autores del nuevo estudio dividieron estas máquinas en cinco subsistemas que incluyen potencia, estructura, actuación, detección y control. Para sorpresa del grupo, algunos de estos subsistemas parecían no alcanzar a sus homólogos animales.

Por ejemplo, las baterías de iones de litio de alta calidad pueden proporcionar hasta 10 kilovatios de energía por cada kilogramo (2,2 libras) de peso. Por el contrario, el tejido animal produce aproximadamente una décima parte de esa cantidad. Mientras tanto, los músculos no pueden igualar el par absoluto de muchos motores.

«Pero a nivel del sistema, los robots no son buenos», afirmó Jayaram. “Nos enfrentamos a compensaciones inherentes al diseño. Si intentamos mejorar una cosa, como la velocidad de avance, podemos perder algo más, como la capacidad de giro.

Sentidos de araña

Entonces, ¿cómo pueden los ingenieros construir robots que, como los animales, sean más que la simple suma de sus partes?

Jayaram señaló que los animales no se dividen en subsistemas separados del mismo modo que los robots. Por ejemplo, sus cuádriceps impulsan sus piernas como los motores HAMR-Jr impulsan sus extremidades. Pero los cuádriceps también producen su propia fuerza al descomponer grasas y azúcares e integrar células nerviosas que pueden sentir el dolor y la presión.

Jayaram cree que el futuro de la robótica puede limitarse a “subunidades funcionales” que hagan lo mismo: en lugar de mantener las fuentes de alimentación separadas de los motores y las placas de circuitos, ¿por qué no integrarlas todas en una sola parte?

En un artículo de 2015, el científico informático Nicholas Curiel, que no participó en el estudio actual, propuso “materiales robóticos” teóricos que actuarían más como quads.

Los ingenieros aún están lejos de lograr este objetivo. Algunos, como Jayaram, están tomando medidas en esta dirección, como con el Robot Insecto Artrópodo Articulado (CLARI) de su laboratorio, un robot de múltiples patas que se mueve un poco como una araña.

Jayaram explicó que CLARI se basa en un diseño modular, en el que cada una de sus patas actúa como un robot autónomo con su propio motor, sensores y circuitos de control. La versión nueva y mejorada del equipo, llamada mCLARI, puede moverse en todas direcciones en espacios reducidos, una novedad en robots de cuatro patas.

Es algo más que ingenieros como Jayaram pueden aprender de esos cazadores por excelencia, las arañas lobo.

«La naturaleza es una maestra realmente útil».

Sobre noticias de investigación en robótica y neurotecnología.

autor: Daniel cepa
fuente: Universidad de Colorado
comunicación: Daniel Strain – Universidad de Colorado
imagen: Imagen acreditada a Neuroscience News.

Búsqueda original: Acceso abierto.
«¿Por qué los animales pueden superar a los robots?“Por Kaushik Jayaram et al. Robótica científica

un resumen

¿Por qué los animales pueden superar a los robots?

Los animales corren mucho mejor que los robots. La diferencia de rendimiento surge en las importantes dimensiones de agilidad, alcance y durabilidad.

Para comprender las razones detrás de esta brecha de rendimiento, comparamos tecnologías naturales y artificiales en cinco subsistemas operativos críticos: potencia, estructura, actuación, detección y control.

Con pocas excepciones, las tecnologías de ingeniería igualan o superan el rendimiento de sus contrapartes biológicas.

Concluimos que la ventaja de la biología sobre la ingeniería surge de una mejor integración de los subsistemas e identificamos cuatro obstáculos clave que los robóticos deben superar.

Para lograr este objetivo, destacamos direcciones de investigación prometedoras que tienen un enorme potencial para ayudar a los futuros robots a lograr un rendimiento a nivel animal.