Diseñan robots inspirados en la evolución de los vertebrados

Un sistema aprendió a mejorar robots siguiendo parámetros similares a la evolución de los animales vertebrados, con lo que podría diseñar máquinas con un mejor rendimiento y formas más complejas

Gerardo Sifuentes

15/10/2022 1:00pm

Hace millones de años, los primeros animales acuáticos que se atrevieron a salir a la tierra, encontraron que sus cuerpos, habituados a un medio completamente diferente, necesitaban adaptarse a las nuevas condiciones ambientales. Así comenzó un proceso evolutivo en el que se modificó el mecanismo original de sus aletas y extremidades a las nuevas demandas físicas que se requerían para caminar y sobrevivir.

Hoy, cuando los humanos diseñan robots, se piensa en imitar el movimiento de ciertos animales. Por ejemplo, para diseñar robots todo terreno, se inspiran en cuadrúpedos, como los perros o los caballos. Y es que dentro de la lógica de los ingenieros, estos animales cuentan con las características adecuadas para enfrentar los más diversos obstáculos. Sin embargo, ¿que ocurrirìa si un software de diseño robótico pudiera imitar la evolución natural de un animal desde cero?

Bajo esta premisa, un equipo de investigadores de la Universidad de Kyoto y de Nagoya, Japón, exploraron la posibilidad de crear un sistema que pueda producir automáticamente diseños de robots con morfologías y características específicas, inspirado en la evolución de los vertebrados. Si dicho sistema funciona de manera eficiente, podría simplificar el desarrollo de sistemas robóticos para tareas específicas.

¿En qué consiste este nuevo programa de diseño?

Saber cuántas piezas rígidas necesita un robot y cómo deben conectarse es difícil de manejar teóricamente, por lo que se ha dependido en gran medida de la experiencia e intuición de los diseñadores e ingenieros.

Los investigadores plantearon la hipótesis de que, a medida que los vertebrados evolucionaron a lo largo de los siglos, la cantidad de huesos en sus cuerpos tendía a disminuir, esto para mejorar sus desplazamientos.

El sistema que crearon sigue una «regla de mejoramiento» que se basa en esta hipótesis. Tomando como punto de partida un robot diseñado previamente, el sistema fue entrenado para mejorarlo, eliminando cualquier parte rígida que considerara innecesaria u obstaculizara su desempeño. Esto, a su vez, le permitió identificar formas y componentes de control más efectivos para el robot recién diseñado.

El equipo evaluó su método de creación de robots con una serie de pruebas, donde lo compararon con otras estrategias de diseño robótico. Descubrieron que la regla de mejoramiento evolutiva condujo a la creación de robots muy simplificados pero interesantes.

Algunos de los modelos mostrados, semejan la anatomía de pulpos o arácnidos con extremidades muy largas.

¿Qué aplicaciones puede tener?

En el futuro, el método presentado por este equipo de investigadores podría implementarse en entornos del mundo real para acelerar y mejorar el diseño de robots. Además, este trabajo podría inspirar el desarrollo de otros sistemas basados en la hipótesis de la evolución de los vertebrados.

En sus próximos estudios, el equipo encabezado por el doctor Ryosuke Koike, del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Kyoto, planea explorar el potencial de otros posibles enfoques para el diseño automático, que no necesariamente se inspirarán en la evolución de los vertebrados. Además, recientemente crearon un método alternativo que aborda algunas de las limitaciones de su novedoso enfoque, que pronto se presentará en un nuevo artículo.

«Hasta ahora, solo confirmamos la efectividad de este método en la tarea de caminar. Descubrimos que esto les lleva mucho tiempo aprenderlo y solo supera ligeramente a los métodos existentes«, agregó Koike. «Los humanos inventaron la rueda para moverse de manera eficiente en terreno plano. A medida que se expande el alcance de la morfología de los robots, incluso la rueda debería inventarse automáticamente. Si existe un mecanismo mejor que la rueda, el diseño de robots automáticos debería incluso poder inventarlo. Además, a medida que se expande el alcance de las tareas, debería inventar mejores vehículos aéreos, barcos, robots industriales, etc.”

Si en el futuro inmediato los robots serán diseñados por inteligencia artificial, ¿cuál es el siguiente paso en su evolución? Podemos esperar entonces las máquinas más extrañas y fascinantes de la historia de la tecnología.

Los resultados del estudio “Diseño de robot automático inspirado en la evolución de los vertebrados”, firmado por los doctores Ryosuke Koike, Ryo Ariizumi y Fumitoshi Matsumo, fueron publicados en la revista de revisión por pares Artificial Life & Robotics el 9 de septiembre de 2022.

Con información de Artificial Life & Robotics @ link.springer.com y techxplore.com