Un grupo de investigadores andaluces desarrolla un robot-insecto con neuronas artificiales

Un equipo de investigación de las universidades de Sevilla y Cádiz ha desarrollado un modelo robótico basado en el movimiento de los insectos con el que reproducen el paso, trote y carrera con una pérdida insignificante de equilibrio y sin apenas tiempos intermedios en el cambio de ritmo, como ocurre de manera natural en un ser vivo.

Se llama 'NeuroPod' y sienta las bases para la creación de prótesis más exactas y precisas en las que no existan paradas entre las señales recibidas y los movimientos, según ha explicado la Junta en un comunicado, indicando que se trata de la primera implantación de este tipo de sistema de impulsos motores con respuesta en tiempo real, que se sustenta en una red neuronal artificial con estructura y diseño basados en los modelos biológicos nerviosos.

En el artículo 'Neuropod: A real-time neuromorphic spiking CPG applied to robotics' publicado en la revista Neurocomputing, los investigadores proponen "un modelo válido que replica movimientos reales ante estímulos externos con un consumo energético mínimo y reduce el tiempo de computación".

Además, la Junta ha señalado que "el insecto funciona casi como un ser vivo real". El esqueleto está creado con impresión 3D y contiene 18 servomotores que simulan lo que sería el sistema nervioso y motor. Son dispositivos con un decodificador que convierte el movimiento mecánico en pulsos digitales interpretados por un controlador de movimiento. De esta manera, aplican la ingeniería neuromórfica que unifica la biología, la física, las matemáticas, la informática y la electrónica.

Igual que en el organismo, en el que la médula espinal crea pautas de movimiento como los que se producen al respirar, correr o nadar, el robot contiene un generador de patrones centrales (CPG) que ordena los cambios de ritmo a los diferentes sistemas. Éstos responden modificando la velocidad o intensidad de la acción concreta de manera inmediata. Así se crean nuevos desplazamientos rítmicos ante un estímulo concreto sin tiempos de retardo.

Además, el modelo no necesita un servidor, "lo que permite utilizar estructuras pequeñas y reducir el coste". De esta forma se ha logrado un robot "pequeño y fácilmente replicable para otras aplicaciones", ha valorado la Junta.

NEURONAS HUMANAS REPLICADAS

El sistema utiliza solamente 30 neuronas artificiales, un número inferior a otros modelos similares, y relaciona su actividad con el movimiento. Así, simulan tres movimientos diferentes en insectos: andar, trotar y correr. Por otro lado, el modelo permite añadir sensores auditivos y visuales, con lo que el robot "podría responder ante un sonido concreto o una imagen determinada y modificar su patrón automáticamente".

Las neuronas humanas funcionan mediante estímulos eléctricos o químicos que provocan la transmisión de información al organismo. De la misma manera, una neurona artificial recibe un estímulo, en este caso codificado en lenguaje informático, procesa la información y produce una respuesta. Asimismo, crean redes entre ellas para lograr un intercambio eficiente de las órdenes que reciben y la respuesta que se espera.

La red aplicada por los investigadores en este estudio recibe el nombre de red neuronal de impulsos y está basada en la transmisión a través de conexiones entre neuronas de un estímulo. Estas uniones pueden introducir retardo en la transmisión de información dependiendo de la complejidad del modelo que se esté simulando. En este sentido, los expertos han logrado "un tiempo de retardo insignificante con este sistema, lo que provoca una mejor respuesta ante los cambios de movimiento".

Además, para que la información que se propaga sea la correcta, los investigadores debían, en primer lugar, configurar las neuronas artificiales tomando de referencia el comportamiento de los insectos. "Sería como programar un cerebro", ha precisado la Junta, agregando que este proceso lo realiza una máquina llamada 'SpiNNaker', diseñada y construida en la Universidad de Manchester, capaz de ajustar más neuronas biológicas modeladas en tiempo real que la mayoría del resto de máquinas. Así, 'NeuroPod' soporta una placa 'SpiNNaker' responsable de este modelado neuronal.

Los investigadores continúan sus ensayos incluyendo sensores auditivos o táctiles en el robot con el fin de mejorar su rendimiento. Asimismo, pretenden lograr nuevos movimientos que permitan la réplica de actitudes naturales. El estudio está cofinanciado con el Fondo Europeo de Desarrollo Regional.