En enero de 2020, un laboratorio del segundo piso de la Universidad Northwestern se llenó con el chasquido apacible de tres robots empujando unos a otros alrededor. El trío estaba en un pequeño anillo cuando chocaban entre sí, aunque los pequeños robots no eran la variedad rock ’em, sock’ em. Se trataba de partículas inteligentes y activas, “smarticles”, equipadas con dos solapas en forma de paleta para los brazos, que se extendían menos de 6 pulgadas de un extremo a otro y estaban rematadas con etiquetas para rastrear su posición y orientación. Los pequeños cabrones atravesaban los impredecibles y poco halagadores movimientos del desorden hasta que, de vez en cuando, pasaban con gracia a movimientos claramente coordinados: un baile.
Los smarticles no fueron programados con instrucciones particulares, ni se les dijo que se comportaran bien entre ellos. A los bots se les prescribieron impulsos o patrones de movimiento para sus aletas, que sorprendentemente dieron paso a secuencias de baile. Los patrones, y la física que los sustenta, se describen en un artículo publicado hoy en la revista Science
Cuando los smarticles no estaban sincronizados, había un “caos de aleteo y colisiones alrededor del ring, que era fascinante de ver, pero ciertamente no ordenado”, dijo Thomas Ber.rudata, un especialista en robótica de la Northwestern University y coautor del artículo, en una videollamada. Pero al asociarse con Pavel Chvykov, físico del Instituto de Tecnología de Massachusetts, y Jeremy England, físico anteriormente en el MIT y ahora en Georgia Tech, el equipo de investigación programó los smarticles para realizar el patrón de conducción al mismo tiempo.
“De repente, estaban haciendo esta hermosa procesión rotacional”, BerrUEta dijo. “Como alguien que tenía smarticles y no los había hecho antes, se sentía como [Chvykov] Vine e hice un truco de magia con mis propias herramientas “.
El orden existe en muchos lugares del mundo natural —por ejemplo, bandadas de pájaros, o agua cristalizándose en hielo—, pero predecir que es una bestia en escenarios de no equilibrio, donde hay fuerzas externas en juego. (Y, para ser claros, el mundo del desequilibrio es el grande y ancho que se encuentra fuera de su ventana, un reino vasto en comparación con las hazañas que se pueden lograr en un entorno de laboratorio predecible). En la década de 1870, un físico suizo llamado Charles Soret realizó experimentos que mostraron cómo una solución salina en un tubo expuesto al calor en un lado causaría un mayor orden de las partículas en el lado más frío. Debido a que las moléculas se mueven más violentamente en el lado caliente del tubo, más de ellas terminan viajando hacia el lado más frío; las moléculas más frías, con sus delicados movimientos, no terminan viajando tan rápido. Lo que esto significa es que las partículas terminan acumulándose en el lado frío del tubo. El principio, llamado termoforesis, fue un modelo para Inglaterra y Chvykov al ver la promesa de objetos en los llamados estados de bajo ruido.
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El traqueteo es cuando la materia usa la energía que fluye hacia ella para moverse. Según Inglaterra, cuanto mayor es el traqueteo, más aleatorio o espástico es el movimiento, y cuanto menor es el traqueteo, más intencional o incremental es el movimiento. Ambos también podrían ser ciertos.
“La idea es que si su materia y fuente de energía permiten la posibilidad de un estado de bajo ruido, el sistema se reorganizará aleatoriamente hasta que encuentre ese estado y luego se atasque allí”, dijo England en un comunicado de Georgia Tech. “Si suministra energía a través de fuerzas con un patrón particular, esto significa que el estado seleccionado descubrirá una forma para que la materia se mueva que coincida con ese patrón”.
En este caso, el patrón era el movimiento de aleta prescrito, y la materia que se movía para coincidir con ese patrón eran los robots que se abofeteaban entre sí en rotaciones y traslaciones sobre el anillo que los encerraba. Estos pequeños flappers fueron un gran campo de prueba para la idea de que los estados de bajo ruido darían lugar a bailes estables y autoorganizados. A diferencia de otras musas, los smarticles no tenían una fuente molecular de comportamiento de autoorden (como la forma en que el agua se convierte en hielo a cierta temperatura). Las otras variables que intervienen en los cristales dan paso a explicaciones alternativas para el pedido, lo que nubla la idea de bajo ruido que el equipo de investigación quería probar.
Dado que los smarticles solo se mueven por contacto entre sí (no pueden dar pasos ni rodar), también hay menos incógnitas sobre de dónde proviene la movilidad de los objetos, dijo England, un problema que tendrías si todos los smarticles tuvieran pequeños motores que los impulsan en su danza. Cuando los robots solo pueden moverse empujándose unos a otros, sabes que el movimiento que estás viendo es el resultado de un comportamiento colectivo.
“Este artículo sugiere un principio general de que los sistemas complejos gravitan naturalmente hacia un comportamiento que minimiza el ‘traqueteo’”, dijo en un correo electrónico Arvind Murugan, físico de la Universidad de Chicago que no está afiliado al artículo reciente. “La aplicación actual a los robots demuestra que la idea sobrevive a su primer contacto con la realidad. Pero el trabajo futuro tendrá que demostrar si este principio es una buena aproximación para otros sistemas complejos, desde moléculas hasta células y multitudes humanas en un concierto de rock (post COVID, por supuesto) “.
Murugan agrega que el principio no siempre es cierto, “y solo aproximadamente cierto cuando es cierto”. Pero la idea realizada por los bots muestra que, dada esa fuerza impulsora, en un estado de traqueteo bajo, bailarán.
“Tan pronto como tenga un grupo de robots que interactúen entre sí e interactúen con la gente … la idea en este documento es que se sincronizarán algunas veces. Y cuando se sincronizan, habrá un comportamiento emergente, pero que no necesariamente se puede saber cuál será ese comportamiento emergente ”, dijo Todd Murphey, un especialista en robótica de la Universidad Northwestern y coautor del artículo. “Si no estamos dispuestos a hablar sobre el comportamiento emergente como un resultado fundamental que siempre deberíamos esperar para un sistema suficientemente complejo que está en desequilibrio, entonces vamos a perder cosas que razonablemente pueden suceder”.
Las implicaciones de los movimientos robóticos van más allá de refinar su técnica DDR. Aunque solo eran tres pequeños artilugios en rotación, los smarticles mostraban un principio que podía aplicarse a los coches autónomos o incluso a los seres humanos dentro de ellos.
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