Resumen (12 Jun, 2006): En esta entrevista con Astrobiology Magazine, Alex Ellery explica cómo los robots pueden tomar prestadas las estrategias usadas por las criaturas vivientes, y discute cómo tales técnicas pueden ser usadas en futuras misiones espaciales.





Entrevista con Alex Ellery

Los dispositivos biomiméticos miran a la naturaleza en busca de inspiración, imitando la forma en que los insectos, plantas y animales afrontan las dificultades. Desde la forma en que las plantas enrollan sus hojas a cómo las avispas taladran agujeros en los árboles, la evolución ha desarrollado inteligentes y variadas formas de resolver los problemas de ingeniería.

Alex Ellery es el director del grupo de Investigación Robótica en el Centro Espacial Surrey en el Reino Unido. En esta entrevista con Astrobiology Magazine, explica cómo la robótica puede tomar prestado de las estrategias usadas por la vida, y discute cómo estas técnicas pueden ser usadas en futuras misiones europeas de exploración espacial.

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Alex Ellery

Astrobiology Magazine (AM): Hablemos del diseño con biomimética, y de cómo están ustedes aplicando tales diseños a la próxima misión Exomars.

Alex Ellery (AE): Prefiero el termino bio-inspiración mejor que biomimética, ya que estamos intentando obtener ideas de la naturaleza más que limitarnos a copiarla. La primera elección racional es que los organismos biológicos están enfrentados con el mismo conjunto de desafíos y problemas que los ingenieros. Para los exploradores y robots, estamos intentando diseñar agentes inteligentes autónomos que puedan sobrevivir en entornos hostiles. Por tanto miramos a cómo la naturaleza ha hecho frente a ese problema a través de la evolución por selección natural, y después podemos aplicar la ingeniería inversa a las soluciones naturales e incorporarlas a nuestras máquinas.

Hay muchas áreas diferentes en las que se puede aplicar este tipo de tecnología. Por ejemplo, una nave espacial debe ser compacta cuando se lanza, pero a fin de tener potencia tras el lanzamiento se necesitan desplegar grandes dispositivos solares. Para empaquetar eficientemente cosas como antenas y paneles solares, podemos mirar a cómo las flores pliegan sus hojas.

Otro ejemplo es el diseño de un taladro. La mayoría de los taladros artificiales son rotatorios – normalmente requieren dos motores y se necesita poner mucha fuerza o empuje en ellos. Pero los pequeños animales como los insectos no tienen mucho peso, por lo que no pueden ejercer mucho empuje sobre sus taladros. Por tanto, por ejemplo, la avispa de la madera usa un largo tubo llamado oviscapto para taladrar la corteza de un árbol de forma que puedan depositar sus huevos. Hemos tomado el oviscapto de la avispa de la madera y convertido ese mecanismo en un nuevo tipo de taladro. Es básicamente más un taladro de percusión que rotatorio. Hallamos que en las pruebas iniciales, es mucho más eficiente que los taladros normales.

Las abejas y las flores proporcionan lecciones de ingeniería. Crédito: Arizona State University

Mi principal interés está en los dispositivos robóticos, específicamente vehículos exploradores robóticos con navegación autónoma. Estudiando cómo los animales navegan, podemos intentar aplicar sus métodos a un vehículo explorador planetario. Pero la mayor parte de nuestro trabajo en la ExoMars tiene que ver con mecanismos de rueda – para capacitar al vehículo a caminar sobre rocas y cosas como esa, y también controlar la tracción para minimizar el deslizamiento y conservar tanta potencia como sea posible. Por tanto la biomimética está separada de nuestra implicación con la ExoMars, pero tiene posible aplicación en esta y otras misiones.

AM: ¿A qué tipo de misión cree que puede ser aplicada la biomimética?

AE: Es una pregunta difícil. La ExoMars ha ido experimentando una evolución. Originalmente comenzó como un vehículo grande, pero ha sido reducido a la mitad y ahora tenemos un vehículo de aterrizaje también. La selección de la instrumentación científica no ha terminado todavía por lo que no sabemos lo que acabará yendo a bordo. Casi con certeza se necesitará un taladro. Es dudoso que se use un taladro inspirado en la biología, ya que estamos muy al principio del proceso de desarrollo como para que esté listo para algo como la ExoMars.

Sin embargo, anticipamos que una técnica de navegación por flujo óptico será empleada en el vehículo. El flujo óptico posibilita que los obstáculos sean evitados automáticamente. Se han hecho algunos experimentos en los que se ata una abeja a un poste – cómo lo hacen, no estoy muy seguro – y después pones la abeja en una caja larga, y mueves las paredes de cada lado. Si mueves las paredes de la caja a la misma velocidad, la abeja ve que la velocidad en cada lado encaja, por lo que volará por el camino de en medio. En la naturaleza una abeja siempre volará a través del centro de una ventana – nunca hacia un lado – porque iguala su velocidad a ambos lados a medida que pasa los obstáculos. En el experimento con la abeja en la caja, si mueves, digamos, la pared derecha a una velocidad mayor que la izquierda, la abeja pensará entonces que va a colisionar con la pared derecha. Por tanto la abeja girará automáticamente a la izquierda y chocará con la pared izquierda.

Los controles de vuelo demostrados por las libélulas son admirados por los ingenieros aeronáuticos. Crédito: Samford University

AM: Eso es un truco sucio, ¿no?. Menos mal que todavía no existe el Movimiento Por el Tratamiento Ético a los Insectos...

AE: (risas) Podrías verlo como algo cruel, pero es la forma en la que aprendemos sobre la navegación animal.

AM:¿Cómo se aplicará esto al vehículo ExoMars?

AE: Todavía no es seguro. El vehículo ExoMars usará dos cámaras para tomar una imagen de una escena, a una distancia de unos diez metros. Mezclará esas dos imágenes para generar profundidad – al igual que dos ojos te dan una visión estereoscópica – y entonces puede precisar cada roca que necesita evitar. En la base de este mapa tridimensional, trazará una trayectoria para llegar a un objetivo. Justo ahora, el diseño exige esto para después cerrar sus ojos y conducir a ciegas. Pero en lugar de hacer eso, queremos usar las cámaras mientras estamos rodeando los obstáculos, usando el flujo óptico para asegurarnos de que no chocaremos con nada.

AM: ¿El flujo óptico significa entonces una exploración continua?z

AE: Significa medir la velocidad de algo que se mueve tras de ti. Podemos también medir la distancia a los objetos – el obstáculo se hará más grande cuanto más te acerques a él, y podemos medir la velocidad a la que un obstáculo está creciendo de tamaño. Podemos usar eso para evitar cualquier obstáculo delante nuestro y a los lados.

AM: ¿Qué hay sobre diseños para el futuro, algo más en el horizonte?

Reconstrucción por computadora de un vehículo robótico de exploración en el borde de una depresión, muy parecido a la pose del Opportunity en el borde del Cráter Endurance en Marte. Navegar en un terreno con profundos hoyos, cantos dispersos, y otros peligros es una de las dificultades de la exploración robótica. Crédito: Maas/NASA/JPL

AE:Una de las cosas en la que acabamos de empezar a trabajar es una red neural genéticamente evolucionada. Podemos usar esos circuitos como controladores para los robots. Hasta el momento sólo han sido usadas en robots y en entornos muy simples como laberintos en T. Se mete un robot en un laberinto en T, y evitará las paredes y después girará a derecha o izquierda.

Marte es mucho más complicado que eso, pero esta técnica particular se basa en la prueba y error, por lo que es autodidacta. Entrenamos a los robots con algo llamado una 'función de adaptabilidad', pero no tenemos claro cómo construir la rutina de entrenamiento óptima. Queremos mezclar y encajar distintos tipos de entornos para conseguir que el robot aprenda a ser fuerte, de modo que sin importar la situación en la que se encuentre, pueda seguir navegando.

Pero los ingenieros de naves espaciales son notablemente conservadores, y no les gustan las cosas nuevas. Por eso es una batalla constante el probar y convencer a la agencia de que lo que estamos haciendo funcionará y de que es mejor que la técnica que tenemos actualmente. Eso es siempre un arduo camino.