Robots estocásticos con comportamiento global determinista
Robots partícula con comportamiento individual estocástico exhiben como grupo un comportamiento emergente que es determinista.
|
Vemos en estos mismos días la noticia del primer ser vivo cuyas células se organizaron para nutrirse del tapete bacteriano sobre el limo de un mar somero y tranquilo de hace más de 2000 millones de años.
Posiblemente era un ser parecido a los mohos mucilaginosos, unos viejos conocidos de esta página por ser un buen ejemplo de grupo de organismos que cooperan para asegurarse la supervivencia de la colectividad, aunque sea a costa de la reproducción de algunos de sus individuos.
También hemos visto varias veces ejemplos de propiedades emergentes, propiedades que no están en cada uno de los entes, pero que aparecen en la colectividad a partir de la interacción entre los entes. Ejemplos típicos son los materiales magnéticos o los bancos de peces.
Un sistema magnético, se pueda o no calcular bien por la existencia de frustración, obedece a unas reglas precisas. Pero, los sistemas biológicos tienen muchas veces comportamientos a gran escala emergentes que pueden aparecer a partir de un movimiento estocástico (léase aleatorio) a pequeña escala de sus componentes elementales.
Por ejemplo, los agregados de células pueden migrar colectivamente durante la curación de una herida a partir del movimiento estocástico de las células que lo componen.
Así que un grupo de investigadores ha tratado de remedar este comportamiento inspirado en la Naturaleza usando pequeños robots en forma de disco. Los robots son independientes y oscilan al azar, pero pueden agruparse entre sí y exhibir un comportamiento colectivo que genere un movimiento de grupo coherente.
El resultado nos dice que la estocasticidad puede ser una aproximación al desarrollo de sistemas robóticos colectivos que exhiban un comportamiento determinista. Hay que fijarse bien en este detalle, pues nos dice que a partir del azar se obtiene determinismo, una predestinación.
En este caso, cada robot no se puede mover de forma independiente y no puede ser manipulado individualmente. Cada componente sólo puede oscilar individualmente a lo largo de su radio mediante contracciones y expansiones. El diámetro de estos robots partículas, como ellos los denominan, varía entre 15,5 y 23,5 cm durante esas oscilaciones.
Cuando no hay un estímulo externo el sistema se mueve al azar. Pero cuando son programados para ajustar su diámetro en respuesta a una variación de una señal ambiental entonces aparece un movimiento colectivo hacia la fuente de la señal, que en este caso es luminosa.
Shuguang Li (MIT) y sus colaboradores fabricaron agrupaciones de docenas de estos robots y, además, realizaron simulaciones en las que el sistema contaba con hasta 100 000 elementos.
Muestran que este tipo de sistema logra un movimiento robusto y evita los obstáculos que se le interponen. Este movimiento se mantiene incluso cuando el 20% de los robots no funciona bien, por lo que es muy robusto a fallos.
En estudios previos se consideraba que cada componente del sistema se movía independientemente respecto a los demás, podía ser manipulado individualmente y estaban sujetos a reglas deterministas. En general, necesitaban de algún control centralizado. Estos sistemas tenían, además una flexibilidad limitada y no se podían escalar bien.
En el sistema desarrollado por Li y sus colaboradores no se da estas situaciones. Nos dice que se pueden modelar ciertos sistemas colectivos sin necesidad de controlar cada componente, así que puede presentar ventajas frente a los sistemas previos. Además puede escalarse sin problemas añadiendo más unidades, algo que mejora el comportamiento.
Sin embargo, hay pegas. Si no hay un gradiente (una variación espacial) en la señal el sistema no se mueve hacia la misma. Además, necesita que la configuración inicial sea dispuesta manualmente. Tampoco se puede usar esta idea para tareas de autoensamblaje y auto-organización en geometrías complejas específicas debido a su propia naturaleza estocástica.
La otra limitación es que, de momento, el sistema está pensado para operar solamente en dos dimensiones y agregar una tercera dimensión requeriría de un nuevo hardware.
En la práctica los experimentos muestran que los grupos limitados en número de robots son lentos y grandes. Se necesitarían componentes más pequeños y rápidos, cosa que no parece difícil.
En el pasado se consiguieron enjambres de grandes cantidades de robots pequeños, tanto deterministas como estocásticos. A veces eran controlados remotamente por campos magnéticos, así como por una interacción también basada en el magnetismo. Para estos casos sí se conseguía autoensamblado.
Puestos a hablar de la aplicación futura de este tipo de idea, se ha especulado sobre su empleo en medicina. Una de las ideas sería el uso de enjambres de microrrobots de tamaño bacteriano que liberen un fármaco en un sitio en concreto dentro del organismo humano. Se guiarían siguiendo un determinado gradiente químico, como el pH, nivel de oxígeno, etc. No hace falta explicar que, de momento, se trata de ciencia ficción.
Copyleft: atribuir con enlace a htpps://neofronteras.com
Fuentes y referencias:
Artículo original.
Foto: Shuguang Li y colaboradores.
6 Comentarios
RSS feed for comments on this post.
Lo sentimos, esta noticia está ya cerrada a comentarios.
lunes 25 marzo, 2019 @ 9:43 am
Determinismo no es equivalente a predestinación. Esta última se refiere a un tipo especialmente religioso de conocimiento del futuro. Puesto que no es el tema central del artículo, sino una expresión, a mi entender, sobrante, prefiero no extenderme, porque tampoco vendría a cuento.
lunes 25 marzo, 2019 @ 9:33 pm
Porque caerías en el feo vicio del drthrillerismo, que es una patología logorreica. Bien hecho.
Sin embargo, predestinación es eso, la mecánica newtoniana en principio podría ser predestinista, de hecho muchos contemporáneos así la veían. Sabemos que la cosa es más compleja, pero porque tenemos unas herramientas matemáticas que ellos no tenían.
Lo que nos lleva a dos interesantes puntos. Uno, al igual que en la evolución, donde todo el tinglado se adapta al entorno, y es el entorno el que define las reglas del juego (los bichos sólo ponen los peros), es decir, una cosa que parece tener alguna conexión con el principio holográfico (en principio, con pinzas), entonces lo determinista no es el sistema, sino el entorno, que resulta que ya está determinado. Entonces no es determinista, sino determinante. Cabe preguntarse entonces si el sistema que se adapta al entorno puede y de qué forma y hasta qué punto modificar este al tiempo que se adapta (o deja de hacerlo) a él. Digo porque esto es exactamente lo que estamos haciendo
Y dos, las propiedades emergentes podrían también en parte ser debidas a lo externo del sistema, esto es una perogrullada porque dado que son leyes físicas ya están presentes de antemano, sin embargo a veces aparecen, a veces no, como los pimientos de Padrón (some are spicy, some not).
martes 26 marzo, 2019 @ 1:31 am
Disculpa mi dipteridez, querido Dr.,pero no es sólo el ambiente el que determina: los seres vivos también provocan cambios en el medio.
En cambio, sí que estoy de acuerdo con el número 2, que bienilustras con pimientos.
martes 26 marzo, 2019 @ 10:48 am
No me parece necesario disculparse. Al drtrhillerismo le encanta la dipteridez: no hay más que ver como derrama logorrea con las cosquillas de las patitas; incluso con el zumbido previo.
Abrazos a ambos.
martes 26 marzo, 2019 @ 4:13 pm
Por supuesto que no hace falta disculparse, y por supuesto que intento decir lo mismo que tú (M.A.). El ambiente marca las reglas y la maquinaria se adapta, en realidad *toda ella*, no sólo cada unidad (especie), cómo se ajusta la maquinaria ya es colosal, y obviamente la maquinaria puede cambiar el entorno, y de hecho lo hace, pero la secuencia es en ese orden, ambiente → ecosistema y sólo después ecosistema ≈ ambiente. Además me parece obvio que es «más fuerte» el ambiente (y más rápido), y «más sutil» el ecosistema (y más lento,que por cierto, estoy definiendo mal porque ecosistema incluye ambiente). Follón de c*, ríase ud. del problema de los tres cuerpos. Vamos, que la balanza es muy asimétrica. Que no sesgada, sólo asimétrica.
No es de extrañar que una de las descripciones de la MC sea la ondulatoria.
miércoles 27 marzo, 2019 @ 8:53 am
Pero si es que los seres vivos también forman parte del ambiente. Cada uno de los reinos que vivan en un ecosistema, pedruscos incluidos, se modifican por las acciones y reacciones entre unos y otros.