Los bancos de peces exhiben comportamientos complejos y sincronizados que los ayudan a encontrar alimento, migrar y evadir a los depredadores. Ningún pez o equipo de peces coordina estos movimientos ni los peces se comunican entre sí sobre qué hacer a continuación. Más bien, estos comportamientos colectivos surgen de la llamada coordinación implícita: los peces individuales toman decisiones en función de lo que ven hacer a sus vecinos.

Este tipo de auto-organización y coordinación descentralizadas y autónomas ha fascinado durante mucho tiempo a los científicos, especialmente en el campo de la robótica.

Al respecto, un estimado colega nos comparte el presente artículo escrito por Leah Burrows, traducido por nosotros y publicado el 13 de enero de 2021 en el boletín digital de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard University. Veamos de quÉ se trata…..

Efectivamente, un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson y el Instituto WYSS de Ingeniería de Inspiración Biológica han desarrollado robots inspirados en peces que pueden sincronizar sus movimientos como un banco real de peces, sin ningún tipo de control externo. Es la primera vez que los investigadores demuestran comportamientos colectivos tridimensionales complejos con coordinación implícita en robots submarinos.

"Los robots a menudo se despliegan en áreas que son inaccesibles o peligrosas para los humanos, áreas donde la intervención humana podría ni siquiera ser posible", dijo Florian Berlinger, candidato a doctorado en SEAS y WYSS y primer autor del artículo. "En estas situaciones, realmente te beneficia tener un enjambre de robots altamente autónomos que sea autosuficiente. Mediante el uso de reglas implícitas y percepción visual en 3-D, pudimos crear un sistema que tiene un alto grado de autonomía y flexibilidad bajo el agua. donde cosas como GPS y WiFi no son accesibles ".

La investigación se publicó en Science Robotics

El cardumen robótico inspirado en peces, apodado Blueswarm, fue creado en el laboratorio de Radhika Nagpal, profesora que imparte la cátedra Fred Kavli de Ciencias de la Computación en SEAS y miembro asociado de la facultad en el Instituto WYSS. El laboratorio de Nagpal es pionero en sistemas auto-organizados, desde su enjambre de 1,000 robots Kilobot hasta su equipo de construcción robótica inspirado en las termitas.

Sin embargo, la mayoría de los enjambres robóticos anteriores operaban en un espacio bidimensional. Los espacios tridimensionales, como el aire y el agua, plantean importantes desafíos para la detección y la locomoción.

Se grabaron videos que muestra todos los comportamientos de aprendizaje del Blueswarm, incluida la formación de círculos, la búsqueda colectiva y la reunión alrededor de un objetivo, la auto-organización en el espacio y la auto-organización a lo largo del tiempo.

Ver video en: https://www.youtube.com/watch?v=1pflbeDRkUs&feature=emb_logo Credit: Berlinger et al., Sci Robot. 6, eabd8668 (2021)

Para superar estos desafíos, los investigadores desarrollaron un sistema de coordinación basado en la visión en sus robots de peces basado en luces LED azules. Cada robot submarino, llamado Bluebot, está equipado con dos cámaras y tres luces LED. Las cámaras a bordo con lente de pez detectan los LED de Bluebots vecinos y utilizan un algoritmo personalizado para determinar su distancia, dirección y rumbo. Basándose en la simple producción y detección de luz LED, los investigadores demostraron que el Blueswarm podría exhibir comportamientos complejos auto-organizados, incluida la agregación, la dispersión y la formación de círculos.

"Cada Bluebot reacciona implícitamente a las posiciones de sus vecinos", dijo Berlinger. "Entonces, si queremos que los robots se agreguen, entonces cada Bluebot calculará la posición de cada uno de sus vecinos y se moverá hacia el centro. Si queremos que los robots se dispersen, los Bluebots harán lo contrario. Si queremos que naden como una escuela en un círculo, están programados para seguir las luces directamente frente a ellos en el sentido de las agujas del reloj ".

Los investigadores también simularon una misión de búsqueda simple con una luz roja en el tanque. Usando el algoritmo de dispersión, los Bluebots se esparcen por el tanque hasta que uno se acerca lo suficiente a la fuente de luz para detectarlo. Una vez que el robot detecta la luz, sus LED comienzan a parpadear, lo que activa el algoritmo de agregación en el resto del cardumen. A partir de ahí, todos los Bluebots se agrupan alrededor del robot de señalización.

"Nuestros resultados con Blueswarm representan un hito significativo en la investigación de comportamientos colectivos auto-organizados bajo el agua", dijo Nagpal. "Los conocimientos de esta investigación nos ayudarán a desarrollar futuros cardúmenes submarinos en miniatura que puedan realizar el monitoreo ambiental y la búsqueda en entornos visualmente ricos pero frágiles como los arrecifes de coral. Esta investigación también allana el camino para comprender mejor los bancos de peces, recreando sintéticamente su comportamiento".

Fuente: https://wyss.harvard.edu/news/robotic-swarm-swims-like-a-school-of-fish/