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La robótica evolutiva diseña robots de IA adaptativos que reflejan la naturaleza, explora las implicaciones del hardware y utiliza la impresión 3D para varios cuerpos.
La robótica evolutiva tiene como objetivo crear «organismos» controlados por IA capaces de adaptar sus habilidades y configuraciones en respuesta a su entorno, mientras que los humanos y los animales evolucionan y adaptan sus habilidades y apariencia con el tiempo. Los especialistas en robótica utilizan la IA para robots adaptativos, pero transferir simulaciones al mundo real plantea desafíos para mantener el rendimiento.
Investigadores de la Universidad de York, la Universidad Napier de Edimburgo, la Vrije Universiteit Amsterdam, la Universidad del Oeste de Inglaterra y la Universidad de Sunderland han examinado el impacto del hardware en el espacio de desarrollo evolutivo de los robots.
Creación autónoma y múltiples morfologías mediante impresión 3D
El equipo desarrolló una revolucionaria plataforma de robótica evolutiva que permite la creación autónoma de diferentes «fenotipos» de robots principalmente mediante impresión 3D, evitando así el costoso y lento montaje manual de numerosas generaciones de robots. Esta plataforma facilita el desarrollo de varias “especies” de robots con muchas morfologías y estructuras corporales. La piedra angular de esta innovación es una arquitectura semimodular que integra un esqueleto de plástico impreso en 3D con «órganos» modulares acoplables y proporciona funciones esenciales como movimiento, percepción, procesamiento y energía.
Navegando por las limitaciones en el desarrollo de la robótica evolutiva
El equipo creó un sistema en el que una red productora de patrones compositivos (CPPN) da forma dinámicamente a la configuración del cuerpo y los órganos de los robots con parámetros en evolución. El desarrollo presentó numerosos desafíos, incluidas las complejidades de la impresión 3D y garantizar conexiones confiables en varias configuraciones de robots. Sin embargo, reconocieron el espacio de exploración limitado y complejo que ofrecía su sistema para los robots en evolución, y muchos diseños debían ser más prácticos debido a limitaciones físicas. Introduce el concepto de «espacio de fenotipo viable» e ilustra las limitaciones impuestas por la implementación de hardware para el espacio de exploración viable de una plataforma robótica.
Más allá de las simulaciones hacia la adaptabilidad al mundo real
El equipo descubrió que la investigación existente sobre robótica evolutiva, basada principalmente en simulaciones, a menudo ignora las limitaciones del hardware, lo que da como resultado prototipos más simples y un «espacio fenotípico viable» fácil de navegar. A medida que el sector avance en la solución de problemas del mundo real, se espera que aumente la importancia y complejidad de esta área. El equipo pide un desarrollo cuidadoso de este espacio para adaptarlo a funciones y objetivos específicos del robot, y enfatiza la necesidad de adaptar algoritmos evolutivos para lograr la excelencia en el espacio definido. Advierten contra los métodos de diseño tradicionales que podrían limitar el desarrollo de robots prácticos y abogan por adherirse a sus principios para facilitar el desarrollo de robots más adaptables y eficientes.
De cara al futuro, los investigadores planean seguir tres direcciones de investigación, todas ellas centradas en optimizar los algoritmos evolutivos en el campo de los fenotipos viables. Primero, planean desarrollar una estrategia para reducir las limitaciones del hardware. A continuación, crean un modelo de genotipo e identifican estrategias óptimas para navegar de manera efectiva por la gama de fenotipos viables.
Referencia: Mike Angus et al., Hardware práctico para robots evolucionables, Fronteras en robótica e inteligencia artificial (2023). DOI: 10.3389/frobt.2023.1206055
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