Durante la última década, los científicos han desplegado robots submarinos cada vez más capaces para cartografiar y vigilar zonas del océano, seguir la salud de las pesquerías y estudiar hábitats y especies marinos. En general, estos robots son eficaces al realizar tareas de bajo nivel que los ingenieros humanos les asignan específicamente, un proceso tedioso y laborioso para los ingenieros.
Al desplegar vehículos submarinos autónomos (AUV), los ingenieros dedican gran parte de su tiempo a escribir guiones o comandos de bajo nivel para dirigir a un robot en la ejecución de un plan de misión. Ahora, un nuevo enfoque de programación desarrollado por ingenieros del MIT dota a los robots de más capacidades «cognitivas»: permite a las personas especificar objetivos de alto nivel, mientras el robot toma decisiones de alto nivel para determinar cómo alcanzarlos.
Por ejemplo, un ingeniero puede proporcionar a un robot una lista de ubicaciones objetivo para explorar, junto con las restricciones de tiempo y las indicaciones físicas, como mantenerse a cierta distancia del lecho marino. Con el sistema diseñado por el equipo del MIT, el robot puede planificar una misión y elegir qué lugares explorar, en qué orden y dentro de un plazo determinado. Si un imprevisto le impide completar una tarea, puede optar por abandonarla o reconfigurar el hardware para recuperarse de un fallo sobre la marcha.
En marzo, el equipo probó el sistema autónomo de planificación de misiones durante una expedición de investigación frente a la costa occidental de Australia. Durante tres semanas, los ingenieros del MIT, junto con grupos de la Woods Hole Oceanographic Institution, el Australian Center for Field Robotics, la University of Rhode Island y otras instituciones, probaron varias clases de AUV y su capacidad para trabajar en cooperación en la cartografía del entorno oceánico.
Los investigadores del MIT probaron su sistema en un planeador submarino autónomo y demostraron que el robot podía operar de forma segura entre otros vehículos autónomos mientras recibía comandos de nivel superior. Gracias al sistema, el planeador pudo adaptar su plan de misión para no obstaculizar a los demás vehículos y, al mismo tiempo, cumplir sus objetivos científicos más importantes. Si otro vehículo tardaba más de lo previsto en explorar una zona determinada, el planeador, mediante el sistema del MIT, reorganizaba sus prioridades y optaba por permanecer más tiempo en su ubicación actual para evitar posibles colisiones.
«Queríamos demostrar que estos vehículos podían planificar sus propias misiones y ejecutarlas, adaptarlas y volver a planificarlas por sí solos, sin apoyo humano», afirma Brian Williams, profesor de aeronáutica y astronáutica del MIT y principal desarrollador del sistema de planificación de misiones. «Con este sistema, demostramos que podíamos zigzaguear con seguridad alrededor de todo el arrecife, como en una carrera de obstáculos».
Williams y sus colegas presentarán el sistema de planificación de misiones en junio, en la International Conference on Automated Planning and Scheduling, en Israel.
Todo listo
Al desarrollar el sistema autónomo de planificación de misiones, el grupo de Williams se inspiró en la franquicia «Star Trek» y en el centro de mando jerárquico de la nave ficticia Enterprise, cuyo nombre Williams tomó como modelo para el sistema.
Al igual que una tripulación jerárquica dirige la nave ficticia, el sistema Enterprise de Williams incorpora distintos niveles de toma de decisiones. Por ejemplo, un componente actúa como «capitán» y toma decisiones de alto nivel para planificar la misión en su conjunto, decidiendo dónde y cuándo explorar. Otro componente funciona como «navegador» y planifica una ruta para cumplir los objetivos de la misión. El último componente actúa como «médico» o «ingeniero» y diagnostica y repara problemas de forma autónoma.
«Podemos ofrecerle al sistema opciones, como “Ve a esta o aquella ubicación científica y cartografíala” o “Comunícate mediante un módem acústico o un enlace satelital”», explica Williams. «Lo que hace el sistema es elegir, pero se asegura de respetar todas las restricciones de tiempo y de no chocar con nada en el camino. Así, tiene la capacidad de adaptarse a su entorno».
Autonomía en el mar
El sistema es similar a uno que Williams desarrolló para la NASA tras la pérdida de la Mars Observer, una nave espacial que perdió el contacto con la NASA en 1993, pocos días antes de su inserción prevista en la órbita de Marte.
«En la Tierra había operadores humanos expertos en diagnóstico y reparación, preparados para salvar la nave espacial, pero no podían comunicarse con ella», recuerda Williams. «Después, la NASA se dio cuenta de que necesitaba sistemas capaces de razonar a nivel cognitivo, como los ingenieros, pero que estuvieran a bordo de la nave espacial».
Williams, que por entonces trabajaba en el Ames Research Center de la NASA, recibió el encargo de desarrollar un sistema autónomo que permitiera a las naves espaciales diagnosticar y reparar problemas sin ayuda humana. El sistema se probó con éxito en la sonda Deep Space 1 de la NASA, que sobrevoló un asteroide en 1999.
«Esa fue la primera oportunidad de demostrar autonomía dirigida por objetivos en el espacio profundo», afirma Williams. «Esta era una oportunidad para hacer lo mismo bajo el mar».
Al dar a los robots el control de la toma de decisiones de alto nivel, un sistema como este permitiría a los ingenieros centrarse en la estrategia general, mientras los AUV determinan por sí mismos un plan de misión específico, señala Williams. También podría reducir el tamaño del equipo operativo necesario en las expediciones de investigación. Y, lo que es más significativo desde el punto de vista científico, un sistema de planificación autónoma podría permitir a los robots explorar lugares que, de otro modo, serían intransitables. Por ejemplo, con un sistema autónomo, quizá los robots no tendrían que mantener contacto continuo con los ingenieros, lo que permitiría a los vehículos explorar zonas más remotas del mar.
«Si observamos el océano hoy en día, podemos usar satélites que orbitan la Tierra, pero no penetran mucho bajo la superficie», afirma Williams. «Se podrían enviar embarcaciones que desplieguen un vehículo autónomo, pero eso no permite ver mucho. Esta tecnología puede ofrecer una forma totalmente nueva de observar el océano, lo cual es emocionante».
Esta investigación recibió financiación parcial de Schmidt Ocean Sciences. La tecnología subyacente recibió apoyo parcial de Boeing Co., el Keck Institute of Space Sciences, la Defense Advanced Research Projects Agency y la NASA.
Este artículo se publica en colaboración con MIT News. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autora: Jennifer Chu es colaboradora invitada de MIT News
Imagen: La mano de un robot humanoide acciona un panel de interruptores. REUTERS/Fabrizio Bensch.
