La integración de la biología y la robótica permitiría a los robots sentir, oler u oír para responder a entornos cambiantes, abriendo una amplia gama de aplicaciones.

Nuestros sentidos nos permiten interactuar con nuestro entorno. También son la base para el aprendizaje. en el En la búsqueda de hacer que las máquinas sean más eficientes, los investigadores están explorando una de las mejores cualidades de los seres vivos: la adaptabilidad. El objetivo es permitir que los robots se enfrenten a situaciones inesperadas en el mundo real.

Nuestras tecnologías ya pueden detectar el entorno mucho más allá de las capacidades humanas, desde los átomos hasta las estrellas más distantes. Sin embargo, este tipo de equipos a menudo requiere grandes instalaciones y una interpretación de datos compleja. «Los sentidos robóticos deberían ser funcionales en artefactos móviles y livianos a escala humana y trabajar en escenarios variables con requisitos de fuente de alimentación y potencia informática asequibles. dijo Calogero Maria Oddo, jefe del Laboratorio de Toque Neuro-Robótico en el Instituto BioRobótico en Pisa, Italia.

Para lograr este objetivo, los científicos se inspiran en la naturaleza. A su vez, los nuevos componentes y sistemas robóticos pueden ayudar a proporcionar una visión más profunda de cómo funciona la naturaleza. «Tradicionalmente, el ingeniero inventa mientras el científico descubre, pero la biorrobótica permite crear bucles fértiles entre los motores de descubrimiento y los desarrollos tecnológicos”. comentó Oddo.

sentido del tacto y del olfato

El tacto es un sentido esencial para la supervivencia humana. Puede permitirnos comprender e interactuar con el mundo y sentir los peligros en forma de dolor. En 2021 el Premio Nobel de Fisiología o Medicina pasó a investigar los receptores moleculares que nos permiten detectar la temperatura y el tacto.

El grupo de investigación de Oddo investiga cómo se procesa el tacto en nuestro sistema nervioso para emularlo en sistemas biorobóticos. Esto podría tener aplicaciones tales como la restauración de un sentido específico del tacto en amputados protésicos o el desarrollo de robots sensoriales que puedan controlarse de forma remota.

Un desafío para emular el sentido del tacto es que requiere una gran cantidad de sensores individuales. Investigadores de la Universidad Técnica de Munich en Alemania han desarrollado uno piel electronicaconsistente en escaneado hexagonalMódulos que se pueden unir a una variedad de superficies. El sistema funciona con bajo consumo de energía y replica un mecanismo natural: en lugar de enviar información continuamente al cerebro, los receptores de la piel humana permanecen inactivos hasta que detectan un cambio.

También podría ser útil para que los robots sientan dolor, ya que las lesiones no detectadas pueden provocar accidentes graves. Para lograr esto, un equipo de la Universidad RMIT en Melbourne, Australia, desarrolló una piel artificial que responde al dolorque imita la capacidad del cuerpo para proporcionar retroalimentación instantánea cuando la presión, el calor o el frío alcanzan un cierto umbral.

Piel electrónica RMIT
Prototipo de piel electrónica desarrollado en la Universidad RMIT

Equipe a los robots con señales de advertencia de esta manera, creó otro grupo de investigadores en la Universidad China de Hong Konguna piel artificial que puede cambiar de color para simular hematomas. Lo lograron con una molécula llamada espiropirano, que cambia de color de amarillo pálido a púrpura azulado cuando se somete a estrés mecánico.

Los científicos necesitan comprender aún mejor nuestros sistemas sensoriales para poder reproducirlos con biorrobótica. El olfato es probablemente el menos comprendido. Este sistema es tan complejo que los científicos aún no pueden predecir cómo nuestro cerebro interpretará un olor determinado. Aún así, los investigadores están tratando de replicarlo en robots.

Científicos del instituto CEA Tech de Francia han desarrollado una nariz artificial e integrado en un robot que puede reconocer a los sobrevivientes durante las operaciones de rescate. La nariz se hizo utilizando biosensores con proteínas de unión a olores. Puede oler a una víctima humana bajo los escombros e indicar si la persona todavía está viva.

Los sistemas olfativos artificiales podrían ser muy útiles para la evaluación de olores en la industria de alimentos y perfumes, ya que pueden ser más precisos que los humanos. Los animales como los perros también pueden asumir esta tarea, pero requieren un entrenamiento extenso y costoso.

Un equipo de investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalén ha desarrollado una nariz óptica que puede detectar olores Uso de nanotubos de carbono. El dispositivo utiliza el aprendizaje automático para reconocer patrones olfativos únicos y distinguir entre los aromas del vino tinto, la cerveza y el vodka, entre otras cosas.

Supersentidos robóticos

En los últimos años, los científicos han utilizado componentes biológicos para mejorar las habilidades de los robots para interactuar con los humanos. Según Oddo, los componentes biohíbridos pueden replicar propiedades útiles de la biología, como la autocuración, imitar la estructura de las conexiones neuronales o encontrar su camino a través de nuestros cuerpos.

Por ejemplo, un equipo de investigación de la Universidad de Duke, EE.UU., una robot parecido a una libélula con alas hechas de un hidrogel autoregenerable. Los cambios en el pH ambiental harán que el hidrogel se rompa o se cure, alejándolo de ambientes ácidos. Esto permite que el robot encuentre derrames de petróleo y limpie la contaminación succionándola con esponjas que el robot lleva debajo de sus alas.

Otro ejemplo curioso de biorrobótica es la olorcoptero, un dron autónomo que puede evitar obstáculos usando una antena de polilla viva para navegar hacia los olores. Desarrollado por investigadores de la Universidad de Washington, este robot podría usarse para llegar a lugares peligrosos para detectar fugas de gas, explosivos o sobrevivientes.

«Las células en una antena de polilla amplifican las señales químicas» dijo el profesor Thomas Daniel. «Las polillas lo hacen de manera muy eficiente: una molécula de olor puede desencadenar muchas respuestas celulares, y ese es el truco. Este proceso es súper eficiente, específico y rápido”.

Smellicopter Universidad de Washington
Los investigadores conectan una antena de polilla al Smellicopter

Este enfoque también podría usarse para replicar el sentido del oído. Científicos de la Universidad de Tel Aviv conectaron la oreja de un saltamontes a un robot y aprovecharon la capacidad del insecto para reconocer sonidos. Cuando los investigadores aplauden una vez, la oreja del saltamontes responde al sonido y el robot avanza; Cuando los investigadores aplauden dos veces, el robot retrocede.

El grupo de investigación de Oddo está estudiando el uso de células de la piel humana, como los fibroblastos y las células de las pestañas, para desarrollar dispositivos para la piel sensibles al tacto. Sin embargo, se necesita más investigación. «Los artefactos técnicos que involucran células cultivadas son técnicamente complejos, por ejemplo en términos de viabilidad y bioseguridad, que deben resolverse antes de que dichas tecnologías se apliquen en escenarios operativos reales.‘ agregó Oddo.

La naturaleza está repleta de información. Sin embargo, nuestros sentidos solo pueden captar una pequeña parte de ella. “Mucho sucede en nuestro mundo que nuestros propios sensores humanos no perciben, como campos magnéticos, señales electromagnéticas más allá del espectro visual, ondas de sonido muy bajas y muy altas más allá de nuestra audición, y más. Hay innumerables ejemplos de animales que sienten cosas que nosotros no». dijo Bradley Nelson, profesor de robótica y sistemas inteligentes en ETH Zurich en Suiza.

Por ejemplo, algunos animales tienen habilidades asombrosas para detectar explosivos, drogas o enfermedades. Otros pueden detectar terremotos o señales de sonar. Investigadores del MIT ya han creado unoRobot que usa ondas de radio Localiza y toma objetos invisibles.

«Todas las áreas de la tecnología de sensores deben mejorarse» dijo Nelson, quien cree que la inteligencia artificial será esencial para lograr una percepción superior en biorobótica para tomar decisiones sobre cómo responder al medio ambiente.

“La medición de la fuerza es importante para la interacción física en el mundo, pero la piel inteligente aún requiere mucho trabajo. La visión por computadora ha hecho avances recientemente en el reconocimiento de objetos debido al aprendizaje profundo, pero en realidad comprender la «historia» de una imagen aún es rudimentario. El reconocimiento de voz ha recorrido un largo camino, pero todos sabemos lo difícil que es en entornos ruidosos”.

Los límites entre las máquinas y los seres vivos se están disolviendo. «En mi opinión, Los futuros sistemas biorobóticos impulsarán aún más la idea actual de inteligencia artificial. Las capacidades computacionales ya no serán el resultado de una serie de operaciones, sino del diseño arquitectónico y la conectividad entre todos los subsistemas involucrados, incluidos sensores y efectores”. dijo Odo.

Ilustración de portada por Anastasiia Slynko. Imágenes proporcionadas por la Universidad RMIT y la Universidad de Washington.

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