martes, 18 de junio de 2013

Robótica de Enjambre

Autor:
PhD. Guillermo Choque Aspiazu
http://www.eldiario.net/
Publicado en:
Enero 12 de 2009

Un robot está definido como una entidad hecha por el hombre con una determinada anatomía y una conexión de retroalimentación inteligente entre el sentido y la acción directa que no esta bajo el control humano. Sin embargo, se ha avanzado mucho en el campo de los robots con inteligencia alámbrica. Las acciones de este tipo de robots son generalmente llevadas a cabo por máquinas que mueven extremidades o impulsan al robot. Así mismo, el término robot ha sido utilizado como un término general que define a una máquina mecánica o autómata, que imita a un animal, ya sea real o imaginario, pero se ha venido aplicado a muchas máquinas que reemplazan directamente a un humano o animal en el trabajo o en el juego. Esta definición podría implicar que un robot es una forma de biomimetismo.


Cuando se observa un enjambre, es posible darse cuenta que es una organización sofisticada y compleja. Además estas sociedades no cuentan con jefes, ni lideres. Las organizaciones de enjambres trabajan en grupos sociales para sacar adelante una tarea, está labor se conoce como inteligencia colectiva. De manera absolutamente natural, una colonia de hormigas puede resolver problemas que individualmente no podría resolver. Las hormigas de manera individual no pueden resolver inconvenientes pero en grupo si, respondiendo con rapidez y eficacia a su entorno, haciendo uso de la inteligencia colectiva. En la inteligencia de enjambres, se debe seguir reglas simples para que el comportamiento del grupo arroje resultados sorprendentes y altamente efectivos. Si la sociedad boliviana tomara algunas pautas de las colonias de enjambres, podría resolver problemas de manera simple, aquellos que por no trabajar en equipo se convierten en grandes y complejos problemas. Para que un enjambre sea exitoso se aplican tres aspectos importantes: (1) Flexibilidad para que la colonia puede adaptarse a un entorno cambiante. (2) Robustez cuando uno o más individuos fallan o mueren, el grupo puede seguir ejecutando la tarea. (3) Auto-organización, es decir las actividades no son controladas de manera centralizada ni se supervisan localmente.

La inteligencia colectiva es una forma de inteligencia universalmente distribuida, constantemente realzada, coordinada en tiempo real, y resultando en la movilización efectiva de habilidades. La base y meta de inteligencia colectiva es el reconocimiento mutuo y enriquecimiento de individuos en vez del culto de comunidades fetichistas. Una premisa inicial se basa en la noción de una inteligencia universalmente distribuida. Nadie sabe todo, todos saben algo, todo conocimiento reside en la humanidad. No hay una provisión trascendente de conocimiento y el conocimiento es simplemente la suma de lo que saben las personas. La luz de la mente brilla aún cuando se intente persuadir a otros que no existe ninguna inteligencia: “fracaso educativo”, “corrupción repetitiva”, “autoritarismo”, “subdesarrollo”. El juicio demasiado prominente de la ignorancia se vuelve en contra de los jueces. Si uno está tentado a juzgar a alguien de ignorante, busca el contexto en el cual su conocimiento se pueda transformar en oro. El ideal de la inteligencia colectiva implica el realzamiento técnico, económico, legal y humano de una inteligencia universalmente distribuida que desata una dinámica positiva de reconocimiento y movilización de destrezas. El estudio de la inteligencia colectiva puede ser considerado propiamente como un subcampo de la sociología, de las ciencias de la computación y del comportamiento de masas, un campo que estudia el comportamiento colectivo desde el nivel de quarks hasta el nivel de las bacterias, plantas, animales y sociedades humanas.

La inteligencia de enjambre es una rama de la inteligencia artificial que se basa en el comportamiento colectivo de sistemas descentralizados y auto-organizados. Los sistemas de inteligencia de enjambre están constituidos típicamente de agentes simples que interactúan entre ellos y con su ambiente. Los agentes siguen reglas simples y, aunque no existe una estructura de control que dictamine el comportamiento de cada uno de ellos, las interacciones locales entre los agentes conducen a la emergencia de un comportamiento global complejo. En la naturaleza se pueden observar varios ejemplos que incluyen colonias de hormigas, alineamiento de aves en vuelo, comportamiento de rebaños, crecimiento bacteriano y comportamiento de cardúmenes. Por su parte la robótica de enjambre es un nuevo enfoque de la coordinación de sistemas multi-robóticos que consiste de un gran número de robots físicos simples. Se supone que un comportamiento colectivo deseado emerge de las interacciones entre los robots y de las interacciones de los robots con el medio ambiente. Este enfoque emerge del campo de la inteligencia artificial colectiva, como también de los estudios biológicos de los insectos, hormigas y otros campos de la naturaleza donde ocurre el comportamiento colectivo.

La investigación en robótica de enjambre está centrada en el estudio del diseño de robots, su cuerpo físico y sus comportamientos para el control. Está inspirado pero no limitado al comportamiento emergente observado en los insectos sociales, denominado inteligencia colectiva. Reglas individuales relativamente simples pueden producir un gran conjunto de comportamiento colectivo complejo. Un componente clave es la comunicación entre los miembros del grupo que construyen un sistema con una constante retroalimentación. El comportamiento colectivo involucra cambios constantes de los individuos en cooperación con otros, como también con el comportamiento del grupo en su conjunto. De manera diferente a los sistemas robóticos en general, la robótica de enjambre hace énfasis en un gran número de robots y promociona la escalabilidad, como en el caso de utilizar solo comunicación local. Dicha comunicación local por ejemplo puede ser lograda mediante los sistemas de transmisión local tales como la frecuencia de radio o los infrarrojos.

El video móvil es una herramienta esencial para estudiar de manera sistemática el comportamiento colectivo, aun cuando otros métodos móviles se encuentren disponibles. De manera reciente el famoso laboratorio de robótica “Bristol” desarrollo un sistema de posicionamiento ultrasónico para la investigación de las sociedades colectivas, con solamente las características de los miembros individuales de los enjambres. Tanto la miniaturización y los costos son factores claves en la robótica de enjambre. Estos factores constituyen las restricciones en la construcción de grandes grupos de robots; por consiguiente debe ser enfatizada la simplicidad del conjunto de miembros individuales. Esto puede motivar un enfoque de inteligencia colectiva para lograr un comportamiento significativo en el grado colectivo, en lugar de fomentar solamente el grado individual.

En lo que actualmente trabajan los investigadores es en enjambres de hasta 10000 robots miniatura que puedan trabajar juntos como una sola forma de vida artificial. El enjambre robótico es un campo de estudio basado en la suposición de que robots simples e individuales pueden interactuar y colaborar para formar un único organismo artificial que cuente con una mayor y más avanzada inteligencia colectiva. Como parte de una colaboración internacional llamada proyecto “organismos robot evolucionados en simbiosis”, investigadores de la Universidad de York se encuentran desarrollando un sistema inmunológico artificial que pueda proteger tanto a los robots individuales que forman parte del enjambre, como al organismo más grande que los acoge. Los investigadores esperan que el sistema inmunológico artificial sea capaz de detectar problemas y hacer recomendaciones a un sistema de control de más alto nivel, para que este ejecute acciones correctivas parecidas al modo de funcionamiento del sistema inmunológico adaptativo de las personas cuando actúan protegiendo la salud del cuerpo.

En caso de que se detectase algún fallo, los robots individuales serían capaces de compartir la información unos con otros dentro del enjambre. Luego el enjambre, como un todo, sería capaz de evolucionar en presencia de nuevos problemas, justo como el sistema inmunológico natural, que es capaz de enfrentarse a patógenos poco familiares. Este enfoque multi-robótico de aproximación a la inteligencia artificial es relativamente nuevo, y se ha desarrollado a partir de estudios del comportamiento de enjambres de insectos tales como las hormigas. Los enjambres robóticos podrían aplicarse a tareas del mundo real tales como rescatar a víctimas de terremotos, se podría soltar a un enjambre de robots en un edificio colapsado por el efecto de un terremoto, y entonces se organizarían equipos para levantar escombros o para buscar a los supervivientes.

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