Volando hacia el futuro

A lo largo de la historia, los intentos del ser humano por volar y comprender el mecanismo de vuelo de los animales que nos rodean han sido innumerables. Hoy en día, el poder surcar el cielo ya no es una utopía, sin embargo el control y estabilidad de dispositivos volantes fabricados por los hombres sigue siendo una de las tareas más complejas dentro del ámbito del telecontrol y la robótica.

Esta complejidad se debe a que los parámetros que hay que considerar para conseguir que un robot vuele son numerosos, por lo que la carga computacional en este tipo de sistemas aumenta considerablemente en comparación con otros dispositivos robóticos, haciendo que sea realmente complicado el conseguir un sistema eficiente que consuma pocos recursos y que además sea estable.

Con la intención de solventar este problema, el ingeniero en robótica Brad Nelson y su grupo de trabajo del Swiss Federal Institute of Technology de Zurich, han aunado esfuerzos y han creado lo que ellos han llamado un “flyborg”, es decir, un sistema robótico basado en la estructura natural de la mosca de la fruta y que les ayudará a comprender cómo estos insectos son capaces de controlar su vuelo utilizando sólo unos pocos cientos de neuronas.

El sistema que han implementado consiste, a grandes rasgos, en un “simulador” para moscas que les permite a las mismas teledirigir un pequeño coche en base al movimiento de sus alas. Como ya hemos visto en anteriores entradas del blog, ya existen sistemas que permiten realizar esto utilizando neuronas aisladas, sin embargo, el estudio de los movimientos de un organismo completo, en este caso el de la mosca de la fruta, ayudará a los investigadores a entender cómo es posible realizar complejas maniobras utilizando un mínimo de potencial cerebral.

El sistema funciona de la siguiente forma. En primer lugar, una mosca de la fruta es atada a una varilla con una pantalla cilíndrica de LEDs a su alrededor. Esa pantalla simula el modo de visualización de la mosca, de modo que se le puede mostrar el patrón geométrico relativo a los obstáculos que tiene ante sí el coche teledirigido para que la mosca se crea que es ella la que tiene esos obstáculos delante, es decir, la pantalla hace las veces de “simulador de realidad virtual para moscas”.

Así pues, los investigadores colocan una cámara sobre el coche teledirigido que desean controlar y la conectan a la pantalla de LEDs, de forma que si el vehículo se acerca a un obstáculo, la pantalla mostrará el patrón geométrico apropiado para hacer que la mosca reaccione en consecuencia batiendo sus alas de una forma u otra para “esquivar el obstáculo”, puesto que aunque ésta se encuentre atada sigue actuando como si volara libremente.

Mientras la mosca realiza estas operaciones, otra cámara distinta la graba para poder detectar los minúsculos cambios que se producen en el movimiento de sus alas, de forma que les permite medir la fuerza del impulso y cinemática de cada una de ellas. Esta información se envía de vuelta al coche teledirigido en forma de instrucciones que le indican hacia dónde dirigirse para poder evitar el obstáculo. Gracias a este método, los investigadores han conseguido que la mosca sea capaz de “pilotar” el coche mientras éste se mueve alrededor de un conjunto de pilares. En el siguiente video se puede ver todo este proceso.

 
Empleando este sistema, el equipo de Brad Nelson pretende construir en un futuro próximo un completo modelo computacional de la red neuronal de una mosca, de forma que esta tecnología pueda ser empleada para controlar un robot volador como los implementados por Robert Wood en el Harvard Microrobotics Laboratory de Cambridge-Massachusetts,cuya imagen podemos ver a continuación.

Como vemos, en la naturaleza siempre está la respuesta.