Robots capaces de actuar en enjambre sin chocar entre ellos ni sufrir atascos de circulación

Para que los vehículos autónomos se conviertan en una realidad cotidiana, deben moverse de manera segura, sin colisionar entre ellos ni causar atascos de tráfico. Para ayudar a que esto sea posible, unos investigadores de la Universidad del Noroeste en Evanston, Illinois, Estados Unidos, han desarrollado el primer algoritmo descentralizado que evita, para vehículos automáticos y robots en general, el riesgo de colisiones entre ellos y el de aglomeración excesiva capaz de causar atascos de tráfico.

Michael Rubenstein y Hanlin Wang probaron el algoritmo en una simulación de 1.024 robots y en un enjambre de 100 robots reales en el laboratorio. Los robots se agruparon de manera fiable, segura y eficiente para componer entre todos una silueta predeterminada en menos de un minuto.

La ventaja de un enjambre de robots pequeños, frente a un robot grande o un enjambre con un robot líder, es la falta de un control centralizado, el cual puede convertirse rápidamente en el originador de una cascada de fallos. El algoritmo descentralizado de Rubenstein impide que un fallo en un robot provoque fallos en otros, por lo que el enjambre como colectivo no resulta perjudicado ante fallos individuales.

"Si el sistema está centralizado y un robot deja de funcionar, entonces todo el sistema falla", subraya Rubenstein. "En un sistema descentralizado, no hay un líder que les diga a los demás robots qué hacer. Cada robot toma sus propias decisiones. Si un robot falla en un enjambre, el enjambre todavía puede cumplir la tarea".

Un centenar de robots pequeños en el laboratorio. (Foto: Northwestern University)

Metodología del algoritmo

Aun así, los robots deben coordinarse para evitar colisiones y aglomeraciones excesivas no deseadas. Para hacer esto, el algoritmo ve el suelo sobre el que circulan los robots como una cuadrícula. Mediante el uso de tecnología similar al GPS, cada robot sabe dónde se encuentra en la cuadrícula.

Antes de tomar una decisión sobre dónde moverse, cada robot emplea sensores para comunicarse con sus vecinos, determinando si los espacios cercanos dentro de la cuadrícula están vacíos u ocupados.

"Los robots se niegan a moverse a un lugar hasta que ese lugar esté libre y hasta que sepan que ningún otro robot se está desplazando a ese mismo lugar", explica Rubenstein. "Son cuidadosos y reservan el espacio con antelación suficiente”. Cada robot solo puede detectar a tres o cuatro de sus vecinos más cercanos. No pueden ver a través del enjambre completo, pero ello no es necesario. Los robots interactúan localmente para tomar decisiones sin usar información global.

En el enjambre de Rubenstein, por ejemplo, 100 robots pueden coordinarse para, en tan solo 1 minuto, agruparse en un conjunto que reproduzca una forma global que se ha decidido de antemano. Con algunas técnicas anteriores de gestión colectiva de enjambres de robots, esta misma tarea podría haber requerido una hora completa.

Rubenstein cree que el nuevo algoritmo podría usarse en flotas de automóviles sin conductor y en almacenes automatizados. "En grandes empresas, hay almacenes con cientos de robots que realizan tareas similares a las que hacen nuestros robots en el laboratorio", explica Rubenstein. "Deben asegurarse de que sus robots no choquen entre ellos, pero que además se muevan lo más rápido posible en su trayecto hacia el lugar donde finalmente le entregan un objeto a un humano". (Fuente: NCYT Amazings)