Robot modular autoreconfigurable

Los sistemas robóticos modulares autorreconfigurables o robots modulares autorreconfigurables son máquinas cinemáticas autónomas con morfología variable. Además de la actuación, detección y control convencionales que suelen encontrarse en los robots de morfología fija, los robots autorreconfigurables también pueden cambiar deliberadamente su propia forma reorganizando la conectividad de sus partes para adaptarse a nuevas circunstancias, realizar nuevas tareas o recuperarse de daños.

Por ejemplo, un robot hecho de tales componentes podría asumir una forma similar a la de un gusano para moverse a través de un tubo angosto, reensamblarse en algo con patas similares a las de una araña para cruzar un terreno irregular, y luego formar un tercer objeto arbitrario (como una pelota o rueda que pueda girar por sí sola) para moverse rápidamente sobre un terreno bastante plano; también se puede usar para hacer objetos "fijos", como paredes, refugios o edificios.

En algunos casos, esto implica que cada módulo tenga dos o más conectores para conectar varios de ellos entre sí. Pueden contener componentes electrónicos , sensores , procesadores informáticos , memoria y fuentes de alimentación ; también pueden contener actuadores que se utilizan para manipular su ubicación en el entorno y en relación con los demás. Una característica que se encuentra en algunos casos es la capacidad de los módulos de conectarse y desconectarse automáticamente entre sí y de formar muchos objetos o realizar muchas tareas moviendo o manipulando el entorno.

Al decir "autoreconfigurable" o "autoreconfigurable" se quiere decir que el mecanismo o dispositivo es capaz de utilizar su propio sistema de control, como por ejemplo con actuadores o medios aleatorios , para cambiar su forma estructural general. Tener la cualidad de ser "modular" en la "robótica modular autoreconfigurable" significa decir que el mismo módulo o conjunto de módulos se puede añadir o quitar del sistema, en lugar de estar genéricamente "modularizado" en el sentido más amplio. La intención subyacente es tener un número indefinido de módulos idénticos, o un conjunto finito y relativamente pequeño de módulos idénticos, en una estructura de malla o matriz de módulos autoreconfigurables.

La autorreconfiguración es diferente del concepto de autorreplicación , que no es una cualidad que un módulo o conjunto de módulos autorreconfigurables deba poseer. Una matriz de módulos no necesita poder aumentar la cantidad de módulos en su matriz para ser considerada autorreconfigurable. Es suficiente que los módulos autorreconfigurables se produzcan en una fábrica convencional, donde máquinas dedicadas estampan o moldeen componentes que luego se ensamblan en un módulo y se agregan a una matriz existente para complementarla y aumentar la cantidad o para reemplazar módulos desgastados.

Una matriz formada por muchos módulos puede separarse para formar múltiples matrices con menos módulos, o pueden combinarse o recombinarse para formar una matriz más grande. Algunas ventajas de la separación en múltiples matrices incluyen la capacidad de abordar tareas múltiples y más simples en ubicaciones que están alejadas entre sí simultáneamente, la transferencia a través de barreras con aberturas que son demasiado pequeñas para que quepa una sola matriz más grande, pero no demasiado pequeñas para fragmentos de matriz más pequeños o módulos individuales, y el ahorro de energía al utilizar solo los módulos suficientes para realizar una tarea determinada. Algunas ventajas de combinar múltiples matrices en una sola matriz son la capacidad de formar estructuras más grandes, como un puente alargado, estructuras más complejas, como un robot con muchos brazos o un brazo con más grados de libertad, y el aumento de la resistencia. El aumento de la resistencia, en este sentido, puede adoptar la forma de aumento de la rigidez de una estructura fija o estática, aumento de la cantidad neta o colectiva de fuerza para elevar, bajar, empujar o tirar de otro objeto u otra parte de la matriz, o cualquier combinación de estas características.

Hay dos métodos básicos de articulación de segmentos que los mecanismos autorreconfigurables pueden utilizar para remodelar sus estructuras: reconfiguración en cadena y reconfiguración en red.

Los robots modulares generalmente se componen de múltiples bloques de construcción de un repertorio relativamente pequeño, con interfaces de acoplamiento uniformes que permiten la transferencia de fuerzas y momentos mecánicos, energía eléctrica y comunicación en todo el robot.

Los bloques de construcción modulares generalmente consisten en una unidad estructural primaria accionada y, potencialmente, unidades especializadas adicionales, como pinzas, pies, ruedas, cámaras, carga útil y almacenamiento y generación de energía.

Los sistemas robóticos modulares autorreconfigurables pueden clasificarse en varios grupos arquitectónicos según la disposición geométrica de su unidad (enrejado o cadena). Varios sistemas presentan propiedades híbridas, y los robots modulares también se han clasificado en dos categorías: cambio de configuración móvil (MCC) y locomoción de cuerpo entero (WBL). ^[1]

• Las arquitecturas en red tienen unidades que conectan sus interfaces de acoplamiento en puntos dentro de celdas virtuales de una cuadrícula regular. Esta red de puntos de acoplamiento se puede comparar con los átomos de un cristal y la cuadrícula con la cuadrícula de ese cristal. Por lo tanto, las características cinemáticas de los robots en red se pueden caracterizar por sus grupos de desplazamiento cristalográfico correspondientes ( grupos espaciales quirales ). ^[2] Por lo general, pocas unidades son suficientes para lograr un paso de reconfiguración. Las arquitecturas en red permiten un diseño mecánico más simple y una representación computacional y una planificación de reconfiguración más simples que se pueden escalar más fácilmente a sistemas complejos.
• La arquitectura en cadena no utiliza una red virtual de puntos de acoplamiento para sus unidades. Las unidades pueden llegar a cualquier punto del espacio y, por lo tanto, son más versátiles, pero puede ser necesaria una cadena de muchas unidades para llegar a un punto, lo que suele dificultar la realización de un paso de reconfiguración. Estos sistemas también son más difíciles de representar y analizar desde el punto de vista computacional.
• La arquitectura híbrida aprovecha las ventajas de ambas arquitecturas anteriores. El control y el mecanismo están diseñados para la reconfiguración de la red, pero también permiten llegar a cualquier punto del espacio.

Los sistemas robóticos modulares también se pueden clasificar según la forma en que las unidades se reconfiguran (mueven) en su lugar.

• La reconfiguración determinista se basa en el movimiento o la manipulación directa de las unidades hasta su ubicación de destino durante la reconfiguración. La ubicación exacta de cada unidad se conoce en todo momento. Los tiempos de reconfiguración se pueden garantizar, pero es necesario un control de retroalimentación sofisticado para asegurar una manipulación precisa. Los sistemas a escala macro suelen ser deterministas.
• La reconfiguración estocástica se basa en el movimiento de las unidades mediante procesos estadísticos (como el movimiento browniano). La ubicación exacta de cada unidad solo se conoce cuando está conectada a la estructura principal, pero puede tomar caminos desconocidos para moverse entre ubicaciones. Los tiempos de reconfiguración solo se pueden garantizar estadísticamente. Las arquitecturas estocásticas son más favorables a escalas microscópicas.

Los sistemas robóticos modulares también se clasifican generalmente según el diseño de los módulos.

• Los sistemas robóticos modulares homogéneos tienen muchos módulos del mismo diseño que forman una estructura adecuada para realizar la tarea requerida. Una ventaja sobre otros sistemas es que son fáciles de escalar en tamaño (y posiblemente en función), agregando más unidades. Una desventaja que se describe comúnmente son los límites a la funcionalidad: estos sistemas a menudo requieren más módulos para lograr una función dada que los sistemas heterogéneos.
• Los sistemas robóticos modulares heterogéneos tienen diferentes módulos, cada uno de los cuales realiza funciones especializadas, formando una estructura adecuada para realizar una tarea. Una ventaja es la compacidad y la versatilidad para diseñar y agregar unidades para realizar cualquier tarea. Una desventaja comúnmente descrita es un aumento en la complejidad de los métodos de diseño, fabricación y simulación.

  

Existen otros sistemas robóticos modulares que no son auto-reconfigurables y, por lo tanto, no pertenecen formalmente a esta familia de robots, aunque pueden tener una apariencia similar. Por ejemplo, los sistemas autoensamblables pueden estar compuestos de múltiples módulos, pero no pueden controlar dinámicamente su forma objetivo. De manera similar, la robótica de tensegridad puede estar compuesta de múltiples módulos intercambiables, pero no puede auto-reconfigurarse. Los sistemas robóticos auto-reconfigurables presentan reconfigurabilidad en comparación con sus contrapartes de morfología fija y se puede definir como el grado en que un robot o sistemas robóticos auto-reconfigurables pueden transformarse y evolucionar a otra configuración significativa con un cierto grado de autonomía o intervención humana. ^[3] El sistema reconfigurable también se puede clasificar según la reconfigurabilidad del mecanismo.

• La reconfigurabilidad interna de los robots se refiere a un sistema que es una entidad única pero que tiene la capacidad de cambiar su morfología sin necesidad de ensamblaje/desensamblaje.
• La interreconfigurabilidad se define como hasta qué punto un sistema robótico puede cambiar su morfología mediante el montaje o desmontaje de sus componentes o módulos.
• La reconfigurabilidad anidada para sistemas robóticos es un conjunto de robots modulares con características de reconfiguración individuales (intra-reconfigurabilidad) que se combinan con otros módulos de robots homogéneos o heterogéneos (inter-reconfigurabilidad).

Hay dos motivaciones clave para diseñar sistemas robóticos modulares y autorreconfigurables.

• Ventaja funcional : Los sistemas robóticos autoconfigurables son potencialmente más robustos y más adaptables que los sistemas convencionales. La capacidad de reconfiguración permite a un robot o a un grupo de robots desmontar y volver a montar máquinas para formar nuevas morfologías que sean más adecuadas para nuevas tareas, como cambiar de un robot con patas a un robot serpiente ( snakebot ) y luego a un robot rodante. Dado que las piezas del robot son intercambiables (dentro de un robot y entre diferentes robots), las máquinas también pueden reemplazar piezas defectuosas de forma autónoma, lo que lleva a la autorreparación.

• Ventaja económica : Los sistemas robóticos autoconfigurables pueden reducir potencialmente el costo general del robot al crear una gama de máquinas complejas a partir de un único tipo (o relativamente pocos) de módulos producidos en masa.

Ambas ventajas aún no se han aprovechado por completo. Es probable que un robot modular tenga un rendimiento inferior al de cualquier robot personalizado diseñado para una tarea específica. Sin embargo, la ventaja de la robótica modular solo es evidente cuando se consideran múltiples tareas que normalmente requerirían un conjunto de robots diferentes.

Los grados adicionales de libertad hacen que los robots modulares sean más versátiles en sus capacidades potenciales, pero también implican una desventaja en el rendimiento y mayores complejidades mecánicas y computacionales.

La búsqueda de estructuras robóticas autorreconfigurables está inspirada en cierta medida en aplicaciones imaginadas, como las misiones espaciales de largo plazo, que requieren una ecología robótica autosostenible a largo plazo que pueda manejar situaciones imprevistas y que pueda requerir autorreparación. Una segunda fuente de inspiración son los sistemas biológicos que se autoconstruyen a partir de un repertorio relativamente pequeño de bloques de construcción de nivel inferior (células o aminoácidos, según la escala de interés). Esta arquitectura es la base de la capacidad de los sistemas biológicos de adaptarse físicamente, crecer, sanar e incluso autorreplicarse, capacidades que serían deseables en muchos sistemas de ingeniería.

Dadas estas ventajas, ¿dónde se utilizaría un sistema modular autorreconfigurable? Si bien el sistema promete ser capaz de hacer una amplia variedad de cosas, encontrar la " aplicación clave " ha sido un tanto difícil. A continuación se presentan varios ejemplos:

Una aplicación que pone de relieve las ventajas de los sistemas autorreconfigurables son las misiones espaciales de larga duración ^[4] . Estas requieren una ecología robótica autosostenible de largo plazo que pueda manejar situaciones imprevistas y que pueda requerir autorreparación. Los sistemas autorreconfigurables tienen la capacidad de manejar tareas que no se conocen a priori, especialmente en comparación con los sistemas de configuración fija. Además, las misiones espaciales están muy limitadas en términos de volumen y masa. Enviar un sistema robótico que pueda reconfigurarse para lograr muchas tareas puede ser más eficaz que enviar muchos robots que puedan realizar una sola tarea cada uno.

Otro ejemplo de aplicación ha sido el denominado "telepario" por los profesores de la CMU Todd Mowry y Seth Goldstein. Lo que los investigadores proponen hacer son réplicas físicas tridimensionales móviles de personas u objetos, tan realistas que los sentidos humanos las aceptarían como reales. Esto eliminaría la necesidad de aparatos de realidad virtual engorrosos y superaría las limitaciones del ángulo de visión de los enfoques 3D modernos. Las réplicas imitarían la forma y la apariencia de una persona u objeto que se está fotografiando en tiempo real, y a medida que los originales se muevan, también lo harán sus réplicas. Un aspecto de esta aplicación es que el principal impulso del desarrollo es la representación geométrica en lugar de aplicar fuerzas al entorno como en una tarea de manipulación robótica típica. Este proyecto es ampliamente conocido como claytronics ^[5] o materia programable (observando que la materia programable es un término mucho más general, que abarca también materiales programables funcionales).

Una tercera visión a largo plazo para estos sistemas ha sido denominada “bucket of stuff”, que sería un contenedor lleno de robots modulares que pueden aceptar órdenes del usuario y adoptar una forma apropiada para completar las tareas domésticas. ^{[6] [7]}

Los orígenes del concepto de robots modulares autorreconfigurables se remontan a los cambiadores automáticos de herramientas y de efector final de "cambio rápido" de los centros de mecanizado controlados numéricamente por ordenador de los años 70. En ellos, se podían intercambiar automáticamente módulos especiales, cada uno con un mecanismo de conexión común, en el extremo de un brazo robótico. Sin embargo, Toshio Fukuda, con el CEBOT (abreviatura de robot celular), a finales de los años 80, aplicó el concepto básico del mecanismo de conexión común a todo el robot.

A principios de los años 90, Gregory S. Chirikjian , Mark Yim, Joseph Michael y Satoshi Murata siguieron desarrollando sistemas de reconfiguración de red y Yim desarrolló un sistema basado en cadenas. Si bien estos investigadores comenzaron con énfasis en la ingeniería mecánica, diseñando y construyendo módulos y luego desarrollando código para programarlos, el trabajo de Daniela Rus y Wei-min Shen desarrolló hardware pero tuvo un mayor impacto en los aspectos de programación. Iniciaron una tendencia hacia algoritmos distribuidos comprobables o verificables para el control de grandes cantidades de módulos.

Una de las plataformas de hardware más interesantes recientemente han sido los sistemas MTRAN II y III desarrollados por Satoshi Murata et al. Este sistema es un híbrido de cadena y red. Tiene la ventaja de poder realizar tareas con mayor facilidad como los sistemas de cadena, pero reconfigurarse como un sistema de red.

Más recientemente, Hod Lipson y Eric Klavins han llevado a cabo nuevos esfuerzos en el campo del autoensamblaje estocástico . En la Universidad Carnegie Mellon, encabezados por Seth Goldstein y Todd Mowry, se ha iniciado un gran esfuerzo para estudiar los problemas que plantea el desarrollo de millones de módulos.

Se ha demostrado que muchas tareas son realizables, especialmente con módulos de reconfiguración de cadenas. Esto demuestra la versatilidad de estos sistemas, pero no se han demostrado las otras dos ventajas, robustez y bajo coste. En general, los sistemas prototipo desarrollados en los laboratorios han sido frágiles y costosos, como cabría esperar durante cualquier desarrollo inicial.

Cada vez hay más grupos de investigación que participan activamente en la investigación de la robótica modular. Hasta la fecha, se han diseñado y construido unos 30 sistemas, algunos de los cuales se muestran a continuación.

PolyBot G3 (2002)

Un sistema de auto-reconfiguración en cadena. Cada módulo tiene aproximadamente 50 mm de lado y 1 grado de libertad rotacional. Es parte de la familia de robots modulares PolyBot que ha demostrado muchos modos de locomoción, incluyendo caminar: bípedo, con 14 patas, como un slinky, como una serpiente: acordeón en un agujero de tuza, marchas de gusano medidor, ondulación rectilínea y marchas laterales, rodando como una banda de rodadura a hasta 1,4 m/s, andando en triciclo, trepando: escaleras, postes, tuberías, rampas, etc. Se puede encontrar más información en la página web de polybot en PARC. ^[15]

M-TRAN III (2005)

Un sistema híbrido autorreconfigurable. Cada módulo tiene el tamaño de dos cubos (65 mm de lado) y tiene 2 grados de libertad rotatorios y 6 superficies planas para la conexión. Es el tercer prototipo de M-TRAN. En comparación con el anterior (M-TRAN II), la velocidad y la fiabilidad de la conexión han mejorado considerablemente. Como sistema de tipo cadena, el M-TRAN II ha demostrado la locomoción mediante un controlador CPG (generador de patrones central) en varias formas. Como sistema de tipo enrejado, puede cambiar su configuración, por ejemplo, de un andador de 4 patas a un robot tipo oruga. Consulte la página web de M-TRAN en AIST. ^[16]

AMOEBA-I (2005)

AMOEBA-I, un robot móvil reconfigurable de tres módulos, fue desarrollado en el Instituto de Automatización de Shenyang (SIA), Academia China de Ciencias (CAS) por Liu JG et al. [1][2]. AMOEBA-I tiene nueve tipos de configuraciones no isomórficas y alta movilidad en entornos no estructurados. Se han desarrollado cuatro generaciones de su plataforma y se han llevado a cabo una serie de investigaciones sobre su mecanismo de reconfiguración, configuraciones no isomórficas, estabilidad ante vuelcos y planificación de reconfiguración. Los experimentos han demostrado que este tipo de estructura permite una buena movilidad y una alta flexibilidad en terrenos irregulares. Al ser hiperredundante, modularizado y reconfigurable, AMOEBA-I tiene muchas aplicaciones posibles, como la búsqueda y rescate urbano (USAR) y la exploración espacial. Ref_1: ver [3]; Ref_2: ver [4]

Estocástico 3D (2005)

Se puede lograr una alta resolución espacial para la formación de formas tridimensionales arbitrarias con robots modulares utilizando un sistema de red con grandes cantidades de módulos muy pequeños, prospectivamente microscópicos. A escalas pequeñas y con grandes cantidades de módulos, el control determinista sobre la reconfiguración de módulos individuales se volverá inviable, mientras que los mecanismos estocásticos prevalecerán naturalmente. El tamaño microscópico de los módulos hará que el uso de interconexión y activación electromagnética sea prohibitivo, así como el uso de almacenamiento de energía a bordo.

Se construyeron tres prototipos a gran escala en un intento de demostrar la reconfiguración estocástica tridimensional programable dinámicamente en un entorno de flotabilidad neutra. El primer prototipo utilizó electroimanes para la reconfiguración e interconexión de módulos. Los módulos eran cubos de 100 mm y pesaban 0,81 kg. El segundo prototipo utilizó un mecanismo de reconfiguración e interconexión fluídica estocástica. Sus módulos cúbicos de 130 mm pesaban 1,78 kg cada uno y hacían que los experimentos de reconfiguración fueran excesivamente lentos. La tercera implementación actual hereda el principio de reconfiguración fluídica. El tamaño de la rejilla reticular es de 80 mm y los experimentos de reconfiguración están en marcha. ^[17]

Moléculas (2005)

Este sistema híbrido autorreconfigurable fue construido por el Laboratorio de Síntesis Computacional de Cornell para demostrar físicamente la autorreproducción cinemática artificial. Cada módulo es un cubo de 0,65 kg con aristas de 100 mm de largo y un grado de libertad de rotación. El eje de rotación está alineado con la diagonal más larga del cubo. Se demostró la autorreproducción física de un robot de tres y cuatro módulos. ^[18] También se demostró que, sin tener en cuenta las restricciones de la gravedad, se puede construir una cantidad infinita de metaestructuras de cadena autorreproductoras a partir de Molecubes. Se puede encontrar más información en la página de autorreplicación del Laboratorio de Máquinas Creativas.

Las piezas programables (2005)

Las piezas programables se mueven aleatoriamente sobre una mesa de hockey de aire mediante chorros de aire activados aleatoriamente. Cuando chocan y se quedan pegadas, pueden comunicarse y decidir si se quedan pegadas o si se separan y cuándo. Se pueden diseñar y optimizar reglas de interacción local para guiar a los robots a crear cualquier forma global deseada. Puede encontrar más información en la página web de piezas programables.

Superbot (2006)

Los módulos SuperBot pertenecen a la arquitectura híbrida. Cada uno de ellos tiene tres grados de libertad. El diseño se basa en dos sistemas anteriores: Conro (del mismo grupo de investigación) y MTRAN (de Murata et al.). Cada módulo puede conectarse a otro módulo a través de uno de sus seis conectores de acoplamiento. Pueden comunicarse y compartir energía a través de sus conectores de acoplamiento. Se han desarrollado varios modos de locomoción para diferentes disposiciones de módulos. Para la comunicación de alto nivel, los módulos utilizan un control basado en hormonas, un protocolo distribuido y escalable que no requiere que los módulos tengan identificaciones únicas.

Miche (2006)

El sistema Miche es un sistema de celosía modular capaz de adoptar cualquier forma. Cada módulo es un módulo robótico autónomo capaz de conectarse y comunicarse con sus vecinos inmediatos. Cuando se ensamblan en una estructura, los módulos forman un sistema que se puede esculpir virtualmente mediante una interfaz de computadora y un proceso distribuido. El grupo de módulos decide colectivamente quién tiene la forma final y quién no mediante algoritmos que minimizan la transmisión y el almacenamiento de información. Finalmente, los módulos que no están en la estructura se sueltan y caen bajo el control de una fuerza externa, en este caso la gravedad. Más detalles en Miche (Rus et al.).

El conjunto de vuelo distribuido (2009)

El Distributed Flight Array es un robot modular que consta de unidades de un solo rotor con forma hexagonal que pueden adoptar prácticamente cualquier forma. Aunque cada unidad es capaz de generar suficiente empuje para elevarse del suelo, por sí sola no es capaz de volar, de forma similar a como un helicóptero no puede volar sin su rotor de cola. Sin embargo, cuando se unen, estas unidades evolucionan hasta convertirse en un sofisticado sistema multirrotor capaz de realizar vuelos coordinados y mucho más. Puede encontrar más información en DFA. ^[19]

Robots de habitación (2009)

Los Roombots ^[20] tienen una arquitectura híbrida. Cada módulo tiene tres grados de libertad, dos de ellos utilizan el eje diametral dentro de un cubo regular y un tercer eje de rotación (central) que conecta las dos partes esféricas. Los tres ejes rotan continuamente. El grado de libertad exterior de Roombots utiliza la misma orientación de eje que Molecubes, el tercer eje central de Roombots permite que el módulo rote sus dos grados de libertad exteriores uno contra el otro. Esta característica novedosa permite que un solo módulo de Roombots se mueva en terreno plano, pero también que trepe una pared o cruce un borde cóncavo y perpendicular. Los bordes convexos requieren el ensamblaje de al menos dos módulos en un "Metamódulo" de Roombots. Cada módulo tiene diez ranuras de conexión disponibles, actualmente dos de ellas están equipadas con un mecanismo de conexión activo basado en pestillos mecánicos. Los Roombots están diseñados para dos tareas: dar forma a objetos de la vida diaria, por ejemplo, muebles, y moverse, por ejemplo, como un robot cuadrúpedo o un trípode hecho de múltiples módulos. Puede encontrar más información en la página web de Roombots. ^[21]

Sambot (2010)

Inspirándose en los insectos sociales, los organismos multicelulares y los robots morfogenéticos, el objetivo de Sambot ^[22] es desarrollar robótica de enjambre y realizar investigaciones sobre la inteligencia de enjambre , el autoensamblaje y la coevolución del cuerpo y el cerebro para la morfogénesis autónoma. A diferencia del robot de enjambre, el robot autoreconfigurable y el robot morfogenético, la investigación se centra en los robots modulares de enjambre de autoensamblaje que interactúan y se acoplan como un módulo móvil autónomo con otros para lograr la inteligencia de enjambre y discutir además la construcción autónoma en la estación espacial y las herramientas exploratorias y las estructuras complejas artificiales. Cada robot Sambot puede funcionar como un individuo autónomo en una rueda y, además, utilizando la combinación de sensores y el mecanismo de acoplamiento, el robot puede interactuar y acoplarse con los entornos y otros robots. Gracias a la ventaja del movimiento y la conexión, los enjambres de Sambot pueden agregarse en un organismo simbiótico o completo y generar locomoción como los robots articulares biónicos. En este caso, algunas funciones y estudios de autoensamblaje, autoorganización, autoreconfiguración y autoreparación están disponibles en la vista de diseño y aplicación. Dentro del robot modular cuyo tamaño es 80(An)X80(L)X102(Al) mm, están integrados MCU (ARM y AVR), comunicación (Zigbee), sensores, potencia, IMU y módulos de posicionamiento. Puede encontrar más información en "Robots modulares de enjambre de autoensamblaje". ^[23]

Motines (2011)

Está matemáticamente demostrado que las cadenas o cuerdas físicas de formas simples se pueden plegar para formar cualquier área continua o forma volumétrica. Moteins emplea estas estrategias de plegado de forma universal, con tan solo uno (para formas 2D) o dos (para formas 3D) grados de libertad y actuadores simples con tan solo dos (para formas 2D) o tres (para formas 3D) estados por unidad. ^[24]

Simbrión (2013)

Symbrion (Symbiotic Evolutionary Robot Organisms) fue un proyecto financiado por la Comisión Europea entre 2008 y 2013 para desarrollar un marco en el que un enjambre homogéneo de robots interdependientes en miniatura pudiera ensamblarse para formar un organismo robótico más grande y ganar impulso para resolver problemas. Uno de los aspectos clave de Symbrion está inspirado en el mundo biológico: un genoma artificial que permite almacenar y desarrollar configuraciones subóptimas para aumentar la velocidad de adaptación. Una gran parte de los desarrollos dentro de Symbrion son de código abierto y hardware abierto. ^[25]

Motor espacial (2018)

Space Engine es una plataforma cinemática autónoma de morfología variable, capaz de crear o manipular el espacio físico (espacio vital, espacio de trabajo, espacio de recreación), generando su propia fuerza cinética multidireccional para manipular objetos y realizar tareas.

Al menos 3 o más cerraduras por cada módulo, capaces de acoplarse o desacoplarse automáticamente a sus módulos inmediatos para formar estructuras rígidas. Los módulos se impulsan en un movimiento lineal hacia adelante o hacia atrás solos en los planos espaciales X, Y o Z, mientras crean sus propias fuerzas de impulso, capaces de impulsarse por la variación controlada de presión creada entre uno o más de sus módulos inmediatos.

Utilizando presiones magnéticas para atraer y/o repeler con sus módulos inmediatos. Mientras que el módulo propulsor utiliza sus electroimanes para tirar o empujar hacia adelante a lo largo de la calzada creada por los módulos estadísticos, los módulos estadísticos tiran o empujan a los módulos propulsores hacia adelante. Aumentar el número de módulos para el desplazamiento también aumenta el momento total o las fuerzas de empuje/tracción. El número de electroimanes en cada módulo puede cambiar según los requisitos del diseño.

Los módulos del exterior de las matrices no pueden desplazarse de forma independiente por sí solos, debido a la falta de una o más caras de reacción de los módulos inmediatos. Se desplazan uniéndose a módulos del interior de las matrices, que pueden formar una vía completa para el desplazamiento.

• Desplazamiento del motor espacial
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  Desplazamiento del motor espacial
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  Diseño de celda de gravedad cero de Space Engine
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  Diseño de celda de gravedad de Space Engine

• El robot con más módulos activos tiene 56 unidades <polybot centipede, PARC>
• La unidad modular accionada más pequeña tiene un tamaño de 12 mm ^[26]
• La unidad modular accionada más grande (por volumen) tiene un tamaño de 8 m^3 <(GHFC)catámbolos gigantes llenos de helio, CMU>
• Los módulos de actuación más potentes pueden levantar 5 unidades idénticas en voladizo horizontalmente.<PolyBot g1v5, PARC>
• El robot modular más rápido puede moverse a 23 unidades de tamaño por segundo. <CKbot, rodamiento dinámico, ISER'06>
• El sistema simulado más grande contenía muchos cientos de miles de unidades. ^{[27] [28]}

Desde las primeras demostraciones de los primeros sistemas modulares autorreconfigurables, el tamaño, la robustez y el rendimiento han ido mejorando continuamente. Al mismo tiempo, los algoritmos de planificación y control han ido progresando para gestionar miles de unidades. Sin embargo, hay varios pasos clave que son necesarios para que estos sistemas hagan realidad su promesa de adaptabilidad, robustez y bajo coste . Estos pasos se pueden desglosar en desafíos en el diseño del hardware, en los algoritmos de planificación y control y en la aplicación. Estos desafíos suelen estar interrelacionados.

La medida en que se pueda hacer realidad la promesa de los sistemas robóticos autorreconfigurables depende fundamentalmente de la cantidad de módulos que tenga el sistema. Hasta la fecha, solo se han demostrado sistemas con hasta unas 50 unidades, cifra que se ha estancado durante casi una década. Hay una serie de factores limitantes fundamentales que determinan esta cifra:

• Límites de resistencia, precisión y robustez de campo (tanto mecánica como eléctrica) de las interfaces de unión/acoplamiento entre módulos
• Límites de potencia del motor, precisión de movimiento y eficiencia energética de las unidades (es decir, potencia específica, par específico)
• Diseño de hardware y software. Hardware diseñado para facilitar la resolución de problemas de software. Los sistemas que se autoconfiguran tienen hardware y software más estrechamente acoplados que cualquier otro sistema existente.

Aunque se han desarrollado algoritmos para manejar miles de unidades en condiciones ideales, aún existen desafíos en materia de escalabilidad, tanto en el control de bajo nivel como en la planificación de alto nivel para superar restricciones realistas:

• Algoritmos de movimiento paralelo para manipulación y locomoción a gran escala
• Algoritmos para manejar de manera robusta una variedad de modos de falla, desde desalineaciones, unidades muertas (que no responden, no se liberan) hasta unidades que se comportan de manera errática.
• Algoritmos que determinan la configuración óptima para una tarea determinada
• Algoritmos para un plan de reconfiguración óptimo (tiempo, energía)
• Comunicación eficiente y escalable (asincrónica) entre múltiples unidades

Aunque las ventajas de los sistemas robóticos modulares autorreconfigurables son ampliamente reconocidas, ha sido difícil identificar dominios de aplicación específicos donde se puedan demostrar beneficios a corto plazo. Algunas aplicaciones sugeridas son:

• Aplicaciones de exploración espacial y colonización espacial , por ejemplo, colonización lunar.
• Construcción de grandes sistemas arquitectónicos
• Exploración y minería en aguas profundas
• Búsqueda y rescate en entornos no estructurados
• Construcción rápida de herramientas arbitrarias bajo restricciones de espacio y peso.
• Refugios de socorro para personas desplazadas en caso de desastre
• Refugios para zonas empobrecidas que requieren poca experiencia sobre el terreno para su montaje

Varios campos de la robótica han identificado grandes desafíos que actúan como catalizadores para el desarrollo y sirven como objetivo a corto plazo en ausencia de aplicaciones revolucionarias inmediatas . El gran desafío no es en sí mismo una agenda de investigación o un hito, sino un medio para estimular y evaluar el progreso coordinado a través de múltiples fronteras técnicas. Se han propuesto varios grandes desafíos para el campo de la robótica modular autorreconfigurable:

• Demostración de un sistema con más de 1000 unidades . La demostración física de un sistema de este tipo requerirá inevitablemente replantear cuestiones clave de hardware y algoritmos, así como gestionar el ruido y los errores.
• Robosfera . Ecología robótica autosuficiente, aislada durante un largo período de tiempo (1 año), que necesita mantener su funcionamiento y realizar tareas imprevistas sin la presencia humana.
• Autorreplicación Un sistema con muchas unidades capaces de autorreplicarse mediante la recolección de bloques de construcción dispersos requerirá resolver muchos de los desafíos de hardware y algorítmicos.
• Construcción definitiva Un sistema capaz de crear objetos a partir de los componentes de, por ejemplo, una pared.
• Analogía del biofiltro Si alguna vez el sistema se hace lo suficientemente pequeño como para ser inyectado en un mamífero, una de las tareas puede ser monitorear las moléculas en el torrente sanguíneo y permitir que algunas pasen y otras no, algo así como la barrera hematoencefálica . Como desafío, se puede hacer una analogía en la que el sistema debe ser capaz de:
  • insertarse en un orificio de diámetro igual a un módulo.
  • recorrer una distancia específica en un canal que tiene aproximadamente un área de 40 x 40 diámetros de módulo.
  • formar una barrera que se ajuste completamente al canal (cuya forma no es regular y se desconoce de antemano).
  • permitir que algunos objetos pasen y otros no (no en función del tamaño).
  • Dado que la detección no es el énfasis de este trabajo, la detección real de los objetos transitables debería hacerse trivial.

Una solución potencial única que se puede aprovechar es el uso de inductores como transductores. Esto podría ser útil para tratar problemas de acoplamiento y unión. Al mismo tiempo, también podría ser beneficioso por sus capacidades de detección de acoplamiento (alineación y búsqueda de distancia), transmisión de energía y comunicación (señal de datos). Se puede ver un video de prueba de concepto aquí. La exploración bastante limitada de esta vía es probablemente una consecuencia de la falta histórica de necesidad en cualquier aplicación de este tipo de enfoque.

Tecnología Modular y Autorreconfigurante es un grupo para discutir la percepción y comprensión del campo en desarrollo: la robótica.

El Grupo de Google de Robótica Modular es un foro público abierto dedicado a anunciar eventos en el campo de la Robótica Modular. Este medio se utiliza para difundir convocatorias de talleres, números especiales y otras actividades académicas de interés para los investigadores de robótica modular. Los fundadores de este grupo de Google pretenden facilitar el intercambio de información e ideas dentro de la comunidad de investigadores de robótica modular de todo el mundo y promover así la aceleración de los avances en robótica modular. Cualquier persona interesada en los objetivos y avances de la Robótica Modular puede unirse a este grupo de Google y aprender sobre los nuevos desarrollos en este campo.

• "Envolvente de flexibilidad". Robótica modular autorreconfigurable y el futuro creado .
• "Tecnología modular autoconfigurable". Colección de sitios web, páginas web, videoclips, artículos y documentos .

• El invencible , una novela de ciencia ficción de 1964 con intriga centrada en enjambres nanobóticos autoconfigurables.
• Escenario de sustancia gris
• Máquina autorreplicante
• Biónica
• Robótica libre
• Robótica morfogenética
• Materia programable
• Prótesis
• Niebla de utilidad

• "Robots auto-reconfigurables: una introducción". Excelente introducción a la situación actual de SRCMR, cómo llegó hasta allí y hacia dónde debe dirigirse en el futuro . Archivado desde el original el 5 de agosto de 2011. Consultado el 13 de julio de 2011 .
• Murata, Satoshi; Kurokawa, Haruhisa (2012). Robots autoorganizados . Springer Tracts in Advanced Robotics. Vol. 77. doi :10.1007/978-4-431-54055-7. ISBN. 978-4-431-54054-0. {{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )

• Sistemas robóticos modulares autorreconfigurables: desafíos y oportunidades para el futuro, por Yim, Shen, Salemi, Rus, Moll, Lipson, Klavins y Chirikjian, publicado en la revista IEEE Robotics & Automation en marzo de 2007 [5]
• Robot auto-reconfigurable: los robots celulares que cambian de forma pueden superar la flexibilidad de los robots convencionales, por Murata y Kurokawa, publicado en IEEE Robotics & Automation Magazine en marzo de 2007 [6] ^{[ enlace muerto permanente ]}
• Técnica de selección de configuración central para el robot modular reconfigurable. Por Liu JG, Wang YC, et al., publicado en Science in China Series F: Information Sciences 2007.[7]
• Fundamentos de la robótica modular autoconfigurable, divulgación científica Introducción a los fundamentos de la robótica modular autoconfigurable y algunas de las profundas consecuencias que tendrá. Por Per Sjöborg 2009.[8]

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• "Grupo de Robótica Modular de la Universidad del Sur de Dinamarca". Investigación sobre Robótica Modular y Auto-Reconfigurable . Archivado desde el original el 7 de julio de 2009. Consultado el 17 de junio de 2009 .
• "Laboratorio Fukuda". Investigación en Robótica Modular y Auto-Reconfigurable y Sistemas Micro-Nano .
• "Laboratorio de Biorrobótica". Investigación en robótica modular y auto-reconfigurable, robótica bioinspirada, sistemas dinámicos (p.ej. CPGs), robótica de rehabilitación .