los cuales el tren capta la corriente en los cables eléctricos, la catenaria). En efecto, los nuevos pantógrafos de los japoneses imitan la estructura dentada de las plumas del búho chico. Estos pájaros vuelan en silencio gracias a la anatomía de sus plumas y a la estructura de sus alas dentadas, que rompen las turbulencias y, en consecuencia, disminuyen el ruido. Esta estructura dentada se aplicó a los pantógrafos de los trenes de alta velocidad para reducir el ruido de las corrientes de aire. También se usa esta estructura en los reactores de aviones Boeing para reducir el ruido de los reactores. De este modo, todos ganan gracias a la interdisciplinariedad entre la naturaleza y la innovación…
Cuando los animales heridos inspiran robots que se adaptan
Los animales saben adaptarse cuando están heridos. Lo hemos comprobado en los chimpancés (Pan troglodytes) de Uganda, que sufren de diversas discapacidades más o menos graves después de haber sido víctimas del furtivismo indirecto. En efecto, a veces caen en trampas destinadas a la fauna cazada y pueden sufrir diversos traumatismos, como dedos amputados, e incluso manos y pies enteros. Pero a pesar de esa discapacidad, logran alimentarse como antes, porque se siguen desplazando en el medio forestal y eligiendo emplazamientos fructíferos para nutrirse. (10) Sin llegar tan lejos como África, un perro amputado casi siempre es absolutamente capaz de seguir corriendo y saltando. La herida más o menos grave lleva al animal a probar diversos movimientos y desplazamientos, y luego, a seleccionar los que son posibles a pesar de la herida y la minusvalía.
Esta capacidad de algunos animales para adaptarse y moverse a pesar de la herida inspiró a algunos investigadores franceses para crear un robot resiliente, capaz de reaprender automáticamente a caminar después de haber sufrido daños. (11) ¡Imaginemos un robot de seis patas que reaprende a caminar con una pata estropeada y sin una pata! ¿Cómo lo haría? Actuando como los animales heridos. El robot crea una especie de menú de las miles de maneras diferentes de realizar su tarea. Si está averiado, genera un algoritmo de aprendizaje para hallar un comportamiento de compensación. Dicho de otro modo, escruta ese menú y prueba diferentes acciones que podrían funcionar. Si una acción no funciona, el algoritmo la elimina y genera un intento diferente. ¡Si tiene una pata cortada en dos, el robot necesitará solo dos minutos para encontrar una manera eficaz de desplazarse! Un hecho muy interesante es que el algoritmo utilizado para llevar a cabo esa hazaña está dividido en dos etapas: la creación del menú de maneras de realizar la tarea y la adaptación a la nueva situación. Este tipo de algoritmo, que busca las soluciones más eficaces, se inspira directamente en la teoría darwiniana y en la “supervivencia del más apto”. La biología y la robótica están íntima y magníficamente relacionadas y producirán inevitablemente muchos descubrimientos.
Las aplicaciones de este trabajo son particularmente provechosas, porque este tipo de robot autónomo, robusto y eficaz se podría usar para buscar sobrevivientes de catástrofes naturales o en conflictos mortales, por ejemplo. Los robots no autónomos no servirían en estos casos específicos, porque dejan de funcionar una vez dañados. A la inversa, los robots resilientes, robustos y reparables podrían volver a partir en busca de víctimas después de sufrir un choque o una mutilación debidos a la situación (derrumbe, bala perdida, etc.).
El pez cofre y el auto del futuro
¿Cómo pudieron inspirar los rendimientos hidrodinámicos del improbable pez cofre a los diseñadores de automóviles? El pez cofre amarillo (Ostracion cubicus) tiene forma de cubo. (12) Difícil imaginar algo menos aerodinámico. Pero el hecho es que ese pez posee un exoesqueleto rígido que realiza virajes de 180 grados en el lugar, a gran velocidad y deslizándose muy fácilmente en su medio natural de arrecifes. Estas capacidades le llamaron la atención a un famoso constructor de automóviles, que decidió fabricar un auto inspirado en ese pez: el Bionic Car. (13) Este Mercedes-Benz Bionic es un prototipo creado por DaimlerChrysler AG, del grupo Mercedes. El objetivo era, entre otros, reducir la masa del vehículo y el consumo de combustible produciendo una fuerte aceleración. Se logró ese objetivo: a pesar de su bajo consumo, el prototipo permitía llegar a 100 km/h en ocho segundos. La resistencia y la agilidad del auto aumentaron mucho y el Bionic Car consumía 20 % menos de combustible que un auto del mismo tipo.
Lamentablemente, el Bionic Car nunca se comercializó, entre otras cosas, probablemente por razones estéticas. De todos modos, todavía no sabemos qué características exactas hacen que esos peces sean tan buenos nadadores. Su desempeño esconde muchos misterios y permite entrever interesantes descubrimientos, tanto biológicos como innovadores. Por ejemplo, existen bancos de gran número de peces que saben desplazarse evitando las colisiones. Esto puede inspirar objetivos de evitación de colisiones entre elementos que se desplazan en forma autónoma, como los autos del futuro que podrían evitar obstáculos, etc. Al parecer, el grupo Nissan está muy interesado en estos mecanismos.
¿Los robots deben tener una cabeza? (14)
Cuál no habrá sido mi sorpresa cuando un colega experto en robótica, Philippe Souères (Laboratorio de análisis y de arquitectura de sistemas, del CNRS) me hizo una pregunta tan asombrosa como fascinante: “¿Crees que los robots deben tener una cabeza para navegar con eficacia?”. Bueno… ¿Por qué esa pregunta? Porque el objetivo de algunos especialistas en robótica es optimizar los desplazamientos de sus robots, especialmente para aumentar las aplicaciones concretas y sus utilizaciones. Para tratar de responder a esa pregunta, debemos remitirnos al mundo animal y sobre todo entender mejor por qué los expertos en robótica se hacen esa pregunta. En ese momento empiezan los problemas, porque, en primer lugar, debemos entendernos entre nosotros, con nuestros respectivos vocabularios, nuestros conceptos u objetivos diferentes, etc. Los colegas dedicados a la robótica señalan que pocos robots actuales tienen una cabeza que realmente desempeñe un papel funcional en su navegación. ¿Por qué?
Porque la robótica aún es una ciencia muy joven. Pocos trabajos tratan de integrar realmente la percepción multisensorial y el control motor de una manera tan robusta como para necesitar una cabeza. Los robots humanoides, por ejemplo, poseen una cabeza sobre todo para parecerse a los seres humanos. El robot se desplaza entonces a menudo usando datos propioceptivos (posición de las diferentes partes del cuerpo) gracias a sensores situados a lo largo de la pierna y datos proporcionados por una unidad central ubicada en el tronco. No existe ningún concepto teórico que permita precisar dónde colocar los sensores exteroceptivos en un robot con el objeto de optimizar la ejecución de las tareas de navegación. Para los robots actuales no parece ser una desventaja la falta de cabeza. Pero ¿qué ocurrirá el día en que las tareas exijan una integración multisensorial y sensomotriz más profunda?
¡Aquí intervienen los biólogos! Con mi colega biólogo Vincent Bels (Instituto de Sistemática, Evolución, Biodiversidad, CNRS/MNHN), hemos comprobado que la cabeza es una estructura clave en la mayoría de los animales llamados bilaterales (animales con simetría bilateral, contrariamente a los radiales, como las medusas, anémonas de mar…). Estos animales, entre ellos los insectos, los moluscos e incluso los mamíferos, reptiles y pájaros, son capaces de efectuar movimientos dirigidos voluntarios. La cabeza tiene un papel de integración multisensorial mayor y está involucrada en el surgimiento de capacidades cognitivas elevadas, vinculadas a la representación del espacio, a la producción voluntaria de acciones espaciales, a la optimización de trayectos, a la organización del control motor (conjunto de las acciones para activar los músculos…), etc. La cabeza, que es, de hecho, la parte anterior de los bilaterales, posee una serie de sistemas sensoriales (visual, olfativo, auditivo), mientras que la parte posterior comporta dispositivos morfológicos que permiten movimientos del cuerpo en una dirección determinada. La cabeza comprende así una serie de estructuras simétricas complejas (ojos, orejas, bigotes, antenas), las estructuras exteroceptivas, los órganos sensoriales que detectan los estímulos exteriores para interactuar con el ambiente y para generar acciones espaciales voluntarias. Una de las principales características de los organismos que han desarrollado la capacidad de producir acciones espaciales voluntarias complejas en el transcurso de su evolución reside en la integración de la mayoría de los sistemas sensoriales y del resto del cuerpo en una cabeza, móvil o no. Es bastante probable, entonces, que de aquí en adelante la robótica se