Construyen robot autónomo de monitoreo con bioalgoritmo

Alumnos de la Escom presentaron el algoritmo de funcionamiento del robot en un congreso internacional sobre redes, computación, sistemas y software, en Japón

Estudiantes de Ingeniería en Sistemas Computacionales, del Instituto Politécnico Nacional (IPN), se sumaron a la construcción de un robot de monitoreo autónomo con un bioalgoritmo, que el doctor Genaro Juárez Martínez, de la Escuela Superior de Cómputo (Escom), desarrolla desde hace ocho años con el profesor Andrew Adamatzky, de la Universidad del Oeste de Inglaterra, Reino Unido, y desde hace cuatro años, con el profesor Ivan Zelinka, de la Universidad Tecnológica de Ostrava, República Checa.

En el Laboratorio de Vida Artificial y Robótica (ALIROB) de la Escom, Eduardo Hernández Vergara y José Ángel Rojas Cruz trabajaron durante un año, en un proyecto multidisciplinario que incluía la construcción y programación de un robot que fuera capaz de llegar de un punto a otro mientras genera su propia ruta.

McIntosh I

El robot McIntosh I, desarrollado por los politécnicos de la Escom y la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería Campus Hidalgo (UPIIH), en conjunto con sus asesores de México, Reino Unido y República Checa, es parecido a un cajón de 50 por 45 centímetros, con 15 kilos de peso. Contiene como unidad central de control un procesador Raspberry Pi 4B, cámara con visión nocturna, motores a pasos, controladores y dos baterías a 12 volts.

También posee ruedas omnidireccionales que le han permitido realizar rutas circulares diseñadas para este tipo de robots, pero principalmente las llantas están hechas para superficies planas y estructuras tipo riel, cada uno colocado de manera diagonal para facilitar el movimiento en 360 grados sobre su propio eje.

“Un equipo especializado de la Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería Campus Hidalgo, a cargo de los doctores Luz Noé Oliva Moreno y Mario Méndez Ramón, junto con los estudiantes, de la misma unidad, Valeria Septién Priego y Marco Antonio López Sánchez, fueron los encargados de diseñar la arquitectura y la electrónica del robot”, aclararon los politécnicos.

Además, el proyecto fue gestionado por la doctora Magali Cárdenas Tapia, de la Escuela Superior de Comercio y Administración (ESCA), Unidad Tepepan y de la Secretaría de Investigación y Posgrado (SIP) del Politécnico.

La tarea de McIntosh I es captar en tiempo real las actividades que se realizan, ya sean en espacios de trabajo, oficinas y hospitales, ya que la cámara se puede conectar a una computadora o celular, y se le deja transitar de manera aleatoria, sólo se le indica el punto de partida y el destino. Sus rutas deben ser impredecibles con la finalidad de que pueda cumplir su función de monitoreo, tal característica fue inspirada en un sistema complejo.

Physarum Polycephalum como base del algoritmo El sistema de navegación autónoma, programado por Eduardo Hernández y José Ángel Rojas, fue posible por el desarrollo de un algoritmo basado en el modelo de autómata celular complejo, simulando la dinámica del Physarum Polycephalum o Slime Mould (moho de fango), un mixomiceto –organismo microscópico similar al moho– con la característica de explorar el área de su medio y trazar caminos para buscar nutrientes.

En los sistemas complejos se ha estudiado a este mixomiceto por su capacidad de adaptación y de trazar las mejores rutas para alimentarse; por ejemplo, en el año 2000 se le empleó para recrear el mapa de la red ferroviaria de Tokio, Japón, la cual incluso fue optimizada por el Physarum. En México también se realizó el experimento para unir carreteras de la República Mexicana, tarea que logró con éxito.

Con la asesoría del doctor Genaro Juárez, los politécnicos retomaron algunos trabajos anteriores para desarrollar este bioalgoritmo más sólido y con una tasa de error más baja, que le proporciona al robot la capacidad de generar su propia ruta a partir de un punto inicial y un punto final.

“Mediante este algoritmo, McIntosh I explora espacios pequeños o grandes de manera paralela, es decir, que lo hace al mismo tiempo, por lo que se dice que es inherentemente paralelo, lo que, a diferencia de otros que también generan rutas de manera secuencial, lo convierte en un algoritmo más sólido y robusto que no causa un costo de computación mayor”, aseguró José Ángel.

De acuerdo con el asesor Juárez Martínez, los jóvenes politécnicos fueron capaces de realizar mejoras importantes en la programación y en todo el sistema de comunicaciones del robot. Como ejemplo está el haber resuelto rutas circulares, en las que robots con otros algoritmos se atoraban, se detenían o se perdían en su misión.

Las limitaciones en la conectividad tampoco fueron impedimento –añadió el docente politécnico– para que Eduardo y José Ángel lograran desarrollar una aplicación para móviles multiplataforma, es decir, tanto para celulares Android como IOS, por lo que el robot también puede ser controlado a distancia.

La exposición en Japón Derivado de su trabajo, los jóvenes politécnicos redactaron un artículo con los resultados obtenidos, mismo que fue aceptado y presentado en el 15º Taller Internacional sobre Redes, Computación, Sistemas y Software, que se realizó en Okinawa, Japón, del 26 al 29 de noviembre, como parte del XXII Simposio Internacional sobre Computación y Redes (CANDAR) 2024. Entre los asistentes, los politécnicos fueron los únicos latinoamericanos y de nivel licenciatura.

En el congreso, los jóvenes destacaron que gracias a la versatilidad del bioalgoritmo es posible utilizar al robot en el mapeo de cuevas, catacumbas y sitios arqueológicos. El mapeo de rutas con Physarum Polycephalum fue aplicado en los Cenotes de La Ponderosa, Quintana Roo, México y en los laberintos que conforman las Catacumbas de París, ambos ambientes acuáticos con buenos resultados.

Asimismo, McIntosh I podría adaptarse como robot de búsqueda en contingencias por desastres naturales, en fugas de gas, de líquidos corrosivos, materiales peligrosos o derrumbes, en donde sólo pueda entrar un robot con cámara, porque también le fue implementado el control manual. Puede tener muchas aplicaciones, que sería necesario analizar y adecuar.

El simposio CANDAR 2024 es una plataforma en la que investigadores y profesionales comparten sus últimos hallazgos y experiencias en todos los aspectos de la informática, la computación y las redes, que van desde la investigación teórica hasta el desarrollo práctico de sistemas, incluidos sistemas paralelos y distribuidos, algoritmos, arquitecturas y aplicaciones.

Es un evento presencial en el que académicos y especialistas de todo el mundo intercambian ideas, realizan debates, charlas, tutoriales, talleres, y exponen las investigaciones de frontera que se realizan a nivel internacional.

Llamada

Los jóvenes politécnicos fueron capaces de realizar mejoras importantes en la programación y en todo el sistema de comunicaciones del robot