Morfolog´ıa

Por morfolog´ıa se entiende el dise˜no f´ısico de los robots, fundamentalmente

su forma, sensores y actuadores, lo cual determina sus capacidades operati- vas. En un primer nivel, se puede diferenciar entre sistemas multi-robot he- terog´eneos, formados por robots con morfolog´ıa diferente, y equipos de robots

homog´eneos, formados por robots morfol´ogicamente id´enticos. Estos ´ultimos tie-

nen la ventaja de que los robots son f´acilmente intercambiables, pueden llevar a cabo todas las funciones y tienen mayor tolerancia a fallos. La desventaja es que, en general, pueden ser robots con hardware m´as complejo para poder reali- zar cualquier tipo de operaci´on. Los sistemas con morfolog´ıa heterog´enea tienen la ventaja de ahorrar costes con robots con capacidades espec´ıficas a costa de perder tolerancia a fallos y flexibilidad.

fijada por el dise˜nador, es decir, t´ıpicamente se parte de un equipo de robots

predefinido en n´umero y capacidades, y se busca optimizar el control del mismo.

La selecci´on de la morfolog´ıa suele atender a criterios pr´acticos, en cuanto a que las capacidades de los robots permitan desarrollar la tarea, y tambi´en en cuanto al propio coste de adquisici´on del sistema, que no es un criterio despreciable. Comenzaremos por revisar algunos ejemplos relevantes de sistemas multi-robot

tanto homog´eneos como heterog´eneos, todos ellos partiendo de dise˜nos predefi-

nidos.

Un ejemplo cl´asico de sistema multi-robot con hardware homog´eneo son los enjambres de robots [Trianni, 2008] [Brambilla et al., 2013], que utilizan un

n´umero alto de robots id´enticos con capacidades de sensorizaci´on y actuaci´on

simples. Los enjambres de robots est´an inspirados en sistemas colectivos de la naturaleza como los insectos sociales, colonias de hormigas, bandadas de p´ajaros o bancos de peces. La rob´otica de enjambre (Swarm Robotics) constituye una rama en s´ı misma, que no solo utiliza los sistemas naturales como inspiraci´on a la hora de definir la morfolog´ıa de los robots, sino tambi´en a la hora de di-

se˜nar su control, como comentaremos m´as adelante. Otro ejemplo popular de

sistema multi-robot homog´eneo son los utilizados en las competiciones de futbol con robots, como la Robocup [Kitano et al., 1997], en las que se enfrentan dos equipos con unas reglas y un terreno de juego adaptados. Estas competiciones

se realizan cada a˜no y existen diferentes categor´ıas seg´un los robots usados, que

son siempre homog´eneos. Hasta el 2004, la plataforma est´andar de la Robocup

era el robot Aibo, un cuadr´upedo fabricado por Sony. A partir de 2008, la pla-

taforma est´andar de esta competici´on ha sido el robot humanoide Nao. Otro tipo de sistema con morfolog´ıa homog´enea y de gran aplicabilidad futura son los nanorobots, sistemas microsc´opicos que ser´an aplicados al ´ambito de la me- dicina, que operar´an dentro del cuerpo de un paciente y podr´an aplicar cirug´ıas o transmitir medicamentos [Mallouk and Sen, 2009].

En cuanto a sistemas con morfolog´ıa heterog´enea, se pueden destacar los ejemplos pr´acticos realizados por Simmons et al. [Simmons et al., 2001], en el que coordinan un equipo de tres robots con diferentes capacidades para realizar

una tarea de ensamblaje. Uno de los robot tiene una gr´ua con lo que es capaz de

levantar objetos pesados, otro robot es un manipulador m´ovil que es m´as preciso pero no puede manipular objetos pesados y un tercer robot que se encarga de observar el proceso y guiar a los otros robots.

MURDOCH [Gerkey and Mataric, 2002], que coordina el sistema a trav´es del concepto de subastas, que ser´a explicado m´as adelante con detalle. En este caso, los robots utilizados son Pioneer 2-DX que pueden ser configurados con diferentes accesorios: c´amaras, s´onares, l´aseres. El equipo estaba formado por: tres robots con c´amaras, tres robots con c´amaras y l´aseres, un robot con una c´amara y sensores de contacto, y un ordenador con una c´amara. Un ejemplo m´as reciente de sistema heterog´eneo aparece en el proyecto Swarmanoid [Dorigo et al., 2013], centrado en la obtenci´on del control autom´atico de un sistema multi-robot con capacidades diferentes. En este caso, se utilizan tres tipos de robots diferentes con caracter´ısticas y capacidades complementarias, de forma que ofrecen una variedad de capacidades mayor que las que podr´ıa realizar un solo robot. En concreto, se utilizan tres robots con ruedas y tracci´on de oruga que se pueden acoplar entre s´ı, un robot manipulador que puede agarrar objetos pero no se puede mover, y un robot volador que proveen de una vista a´erea para localizar objetos a otros robots.

Como se puede extraer de los trabajos comentados anteriormente, el sistema de control del equipo multi-robot debe soportar el tipo de morfolog´ıa hardware del sistema. El tipo de sistema m´as general es el heterog´eneo ya que no limita

a un ´unico dise˜no de robot pero complica la optimizaci´on debido a que los

controladores no son trasladables de un robot a otro y el controlador de cada de uno de ellos debe aprovechar todas las capacidades.

En cuanto a la optimizaci´on de la morfolog´ıa, los principales trabajos en esta l´ınea se enmarcan dentro de la rob´otica modular, un sub-campo de los sistemas multi-robot que se basa en que los robots est´an formados por m´odulos independientes que se pueden configurar de formas diferentes, dando lugar a morfolog´ıas hardware adaptadas a la tarea. Dos proyectos europeos en esta l´ınea que se deben destacar, son los proyectos Replicator y Symbrion [Levi and Kernbach, 2010]. Ambos se centran en el concepto de organismo multi- robot, en el cual los robots son capaces de agregarse y desagregarse con otros, y los controladores funcionan tanto a nivel individual como a nivel agregado. El proyecto Symbrion se centra aplicar evoluci´on artificial para obtener estos organismos.