Un vehículo de exploración hecho de robots esféricos que cooperan

Las hormigas forman balsas y puentes enlazando sus cuerpos, y con ello cambian la forma en que interactúan con el entorno. Este proyecto traslada esa idea a un vehículo de exploración: tres robots esféricos comerciales se acoplan a un chasis pasivo y lo mueven como una sola unidad, con la posibilidad de separarse para explorar por su cuenta y volver a ensamblarse. El movimiento conjunto se logró. El ensamble autónomo no, y la razón está en la mecánica del contacto.

Contexto

Los robots de búsqueda y rescate deben ser pequeños y portátiles, lo que limita lo que cada uno puede hacer. Una alternativa es usar varias unidades simples que cooperan. Las unidades de este proyecto son robots Sphero: una esfera con un carro interno que desplaza el centro de masa y la hace rodar. Son robustas y están selladas, pero solo pueden empujar, y arrancan desde el reposo con dificultad cuando hay algo que se opone al giro.

Diseño del chasis

El primer chasis era una placa triangular con tres alojamientos esféricos que funcionan como rótulas.

Para que los robots pudieran entrar y salir, el diseño evolucionó hacia un chasis con rampas de acceso y canales que guían a cada esfera hasta su alojamiento. La altura de las rampas, el ajuste en el canal y la diferencia de altura entre el canal y el alojamiento se determinaron por ensayo en un banco de pruebas con un tercio del chasis.

Caracterización de los robots

Se midieron la velocidad real en función de la velocidad comandada sobre una pista de 5 m y la respuesta de los sensores internos. Los robots se programaron en JavaScript, con una rutina que espera la conexión de los tres antes de enviar a todos el mismo comando.

Resultados

Movimiento conjunto. Con el teclado se fija el rumbo de los tres robots y el chasis, de 130 g, se desplaza a la velocidad de las unidades individuales. La fricción dominante es la de las esferas con el piso, y no la del chasis con las esferas.

El arranque es impreciso. Los tres robots no comienzan a moverse exactamente al mismo tiempo, lo que inclina el chasis, y el comando de fábrica hace rodar cada robot durante un segundo completo sin importar la velocidad.

Posición de bloqueo. Cuando la esfera queda en contacto simultáneo con el piso y con el chasis, la fricción estática en ambos puntos supera el torque que puede generar el carro interno, y el robot no logra arrancar. Solo sale de esa condición si llega con velocidad.

Ensamble. En el banco, con un solo robot, el ingreso por la rampa funciona en un rango de velocidades, distancias y ángulos.

Con los tres robots y el chasis completo no se logró en ninguno de los intentos. El mejor resultado fue dos de tres. A la velocidad necesaria para evitar el bloqueo, el impacto es brusco y las esferas deslizan y pierden la orientación. A velocidad baja, quedan bloqueadas después de girar hacia la rampa.

Salida. Se diseñó un mecanismo de salida deformable, probado por separado. También requiere que el robot llegue con velocidad.

Lo que falta

El vehículo coopera pero no se autoensambla. Las limitaciones provienen de la unidad comercial: no se puede controlar el torque de arranque ni sincronizar el inicio del movimiento entre robots. La autora propone superficies más lisas para reducir la fricción con el chasis y, sobre todo, diseñar unidades propias. El proyecto tampoco implementó navegación autónoma ni sensado del entorno.

Relación con Robiolab

Este es el primer trabajo del grupo sobre comportamiento colectivo, un tema que reaparece años después con el sistema cooperativo de drones. Su enseñanza es mecánica antes que algorítmica: la cooperación entre robots físicos depende de las condiciones de contacto, y un diseño inspirado en el autoensamble biológico necesita unidades cuyo cuerpo esté pensado para acoplarse.