Robots BEAM

La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 23 de marzo de 2021; las comprobaciones requieren 2 ediciones .

Robots BEAM : la palabra BEAM es una abreviatura de Biología , Electrónica , Estética , Mecánica . Este es el término para el principio de construir robots utilizando circuitos analógicos simples (por ejemplo, comparadores ) en lugar de microprocesadores .con el objetivo de lograr un diseño inusualmente simple (en comparación con los robots móviles tradicionales) que sacrifique la flexibilidad en aras de la confiabilidad y la eficiencia en la realización de una tarea específica. Sin embargo, hay excepciones que usan algo más que circuitos analógicos (llamados "mutantes"). Los robots BEAM suelen ser un conjunto de los circuitos analógicos antes mencionados (neuronas biológicas replicantes) que permiten al robot interactuar con el entorno de trabajo.

Mecanismos y principios

Los principios básicos de BEAM se basan en la capacidad de una máquina para responder a estímulos externos. El mecanismo para simular el comportamiento de las neuronas mediante circuitos fue inventado por Mark Tilden. Ed Ritman realizó previamente desarrollos similares (trabajo "Experimentos en el campo de los circuitos neuronales artificiales"). La cadena Tilden a menudo se compara con un registro de desplazamiento, pero algunas características distintivas la hacen útil para su uso en robots móviles. También existen otros principios y se aplican en diversos grados:

1. Utilice la menor cantidad posible de componentes electrónicos ( principio KISS )
2. Usar desechos electrónicos en la creación de un robot
3. Usar energía radiante (como la luz solar)

Hay muchos robots BEAM que utilizan paneles solares para alimentar el motor, lo que les permite trabajar de forma autónoma en diversas condiciones de iluminación. Además de los circuitos Tilden extremadamente simplificados, la tecnología BEAM ha brindado a los fabricantes de robots otras herramientas útiles. La comunidad BEAM documenta y difunde diseños para motores solares, circuitos de puente H , sensores táctiles y robótica del tamaño de la palma de la mano.

Robots BEAM

Centrándose en el comportamiento basado en la respuesta (como lo concibió originalmente Rod Brooks), la robótica BEAM replica las características y el comportamiento de los organismos naturales y su objetivo final es "domar" a estos robots "salvajes". En la robótica BEAM, el componente estético del diseño del dispositivo es importante, lo que corresponde al lema "la forma sigue a la función".

Controversia de nombres

Diferentes personas tienen diferentes opiniones sobre el verdadero significado de BEAM. La decodificación más común es Biología , Electrónica , Estética , Mecánica . El término fue utilizado por primera vez por Mark Tilden durante una discusión en el Centro de Ciencias de Ontario en 1990. Mark presentó una selección de robots que había creado mientras trabajaba en la Universidad de Waterloo . Sin embargo, existen otras interpretaciones populares del término, por ejemplo:

• Biotecnología Etología Analogía Morfología
• Edificio Evolución Anarquía Modularidad

Microcontroladores

A diferencia de muchos otros tipos de robots que usan microcontroladores , los robots BEAM se basan en el principio de usar muchos modelos de comportamiento que están conectados directamente a sensores con un nivel mínimo de procesamiento de señales. Esta filosofía de diseño se hace eco del libro clásico Devices: Experiments in Synthetic Psychology. A través de una serie de experimentos mentales, este libro explora la creación de comportamientos robóticos complejos utilizando señales simples de empujar y tirar de sensores a actuadores . Los microcontroladores y la programación de computadoras no suelen ser parte de un robot BEAM tradicional ("puro") debido a su filosofía específica, diseño basado en hardware de bajo nivel. Hay ejemplos bien conocidos de diseños de robots que combinan estas dos tecnologías. Estos "híbridos" cumplen con el requisito de confiabilidad de los sistemas de control, combinándolo con la flexibilidad de la programación dinámica . Un ejemplo de un híbrido de este tipo pueden ser los robots BEAMbots que utilizan la topología "caballo y jinete" (por ejemplo, ScoutWalker3). El "cuerpo" físico del robot ("caballo") está controlado por la tecnología BEAM tradicional y el microcontrolador y los programas controlan el “cuerpo” desde la posición del piloto. El componente "piloto" no es necesario para la funcionalidad del robot, pero sin él, el robot perderá la importante influencia del "cerebro" que le da instrucciones.

Tipos

Hay diferentes tipos ("rutas") de robots BEAM que están diseñados para realizar diferentes tareas. Los fototropos son los más comunes, ya que encontrar la luz es la tarea más obvia para un robot alimentado por energía solar.

• Los audiotropos responden a los sonidos.
  • Los audiófilos siguen las fuentes de sonido.
  • Los audiófobos los dejan.
• Los fototropos reaccionan a la luz.
  • Los fotófilos siguen las fuentes de luz.
  • Los fotófobos los dejan.
• Los radiotropos responden a las frecuencias de radio.
  • Los radiófilos siguen fuentes de ondas de radio.
  • Los radiófobos los dejan.
• Los termotropos responden a la radiación térmica.
  • Los termófilos siguen las fuentes de calor.
  • Los heatphobes los dejan.

Características generales

Los robots BEAM tienen muchos mecanismos de movimiento y posicionamiento, tales como:

• Niñeras: robots inmóviles con un propósito pasivo.
  • Balizas: transmiten una señal (normalmente una señal de navegación) a otros robots BEAM.
  • Pummers: mostrar un espectáculo de luces.
  • Adornos: otros robots.
• Squirmers: robots inmóviles que realizan algún tipo de acción (generalmente el movimiento de extremidades).
  • Magbots: utilizan campos magnéticos para su modo de acción.
  • Flagwavers: mueve la pantalla ("bandera") a una frecuencia determinada.
  • Cabezas: girar hacia el fenómeno detectado y seguirlo. La luz puede actuar como un fenómeno. Dichos robots son populares en la comunidad BEAM y pueden ser robots separados, pero a menudo se incluyen en otros más grandes.
  • Vibradores: use un pequeño motor descentrado para vibrar.
• Sliders: Robots que se mueven por superficies sin perder el contacto.
  • Serpientes: se mueven en una onda horizontal.
  • Gusanos: se mueven a lo largo de una onda longitudinal .
• Crawlers: robots que se mueven con la ayuda de orugas o utilizando una extremidad. El cuerpo del robot no toca el suelo.
  • Turbobots: rueda usando las extremidades.
  • Topógrafos: mueve una parte del cuerpo hacia adelante mientras la otra parte permanece en su lugar.
  • Robots con orugas: usan orugas (similares a los tanques ).
• Jumpers: Robots que rebotan en superficies para moverse.
  • Vibrobots: se mueven por vibración.
  • Springbots: muévete saltando en una dirección determinada.
• Patines en línea: robots que se mueven en rollos.
  • Simets: se mueven con la ayuda de un motor, cuyo eje toca el suelo y se mueve en diferentes direcciones dependiendo del movimiento del eje.
  • Rodillos solares: usan un motor para impulsar una o más ruedas, a menudo optimizadas para tomar el camino más corto hacia un objetivo.
  • Poppers: use dos motores y motores solares separados; utilizar diferentes sensores para lograr el objetivo.
  • Minibolas: mueven el centro de masa , por lo que se mueve el cuerpo esférico del robot.
• Andadores: robots que se mueven usando sus piernas.
  • Impulsado por motor: use motores para mover las piernas (generalmente 3 o más motores).
  • Impulsado por los músculos: use alambres de nitinol (aleación de níquel-titanio) para mover las piernas.
• Nadadores: robots que se mueven sobre/en líquido (generalmente agua).
  • Boatbots: se desplazan sobre la superficie de un líquido.
  • Sábados: muévete dentro del líquido.
• Voladores: Robots que se mueven por el aire durante un tiempo determinado.
  • Helicópteros: use un rotor para ascender y acelerar.
  • Aviones: use las alas para levantarse.
  • Globos: use un cilindro de gas inerte para levantar.
• Trepadores: Robots que suben o bajan por una superficie vertical, generalmente a lo largo de una cuerda o alambre.

Aplicación y progreso actual

Por el momento, los robots autónomos no son muy utilizados comercialmente, aunque hay excepciones, como el robot aspirador iRobot Roomba y algunos robots cortacésped. La principal aplicación práctica de BEAM es la creación rápida de prototipos de sistemas de propulsión y pasatiempos/educación. Mark Tilden ha utilizado BEAM con éxito para crear prototipos de productos para Wow-WeeRobotics, como se ve en BIOBug y RoboRaptor.SolarboticsLtd., Bug'n'Bots, JCM InVenturesInc. y PagerMotors.com también lanzaron al mercado productos educativos y de entretenimiento basados ​​en BEAM. Vex ha desarrollado Hexbugs, un pequeño robot BEAM. Los constructores principiantes de robots BEAM a menudo tienen problemas por no tener control directo sobre los circuitos BEAM. Se continúa trabajando en la evaluación de técnicas biomórficas que replican sistemas naturales, porque tales sistemas obviamente tienen una gran ventaja de rendimiento sobre las técnicas tradicionales. Hay muchos ejemplos de cómo los pequeños cerebros de insectos funcionan de manera mucho más eficiente que incluso la microelectrónica más avanzada. Otra barrera para la adopción generalizada de tecnologías BEAM es la naturaleza aparentemente aleatoria de las redes neuronales, lo que requiere que el diseñador estudie nuevas tecnologías para reconocer y manipular con éxito las características de los circuitos. Anualmente se lleva a cabo una reunión internacional de científicos en Telluride, Colorado, EE. UU. para estudiar este tema, y ​​hasta hace poco participaba en ella Mark Tilden (tuvo que retirarse por trabajar con los juguetes Wow-Wee). Al carecer de memoria a largo plazo, los robots BEAM generalmente no aprenden de la experiencia. Sin embargo, la comunidad BEAM está trabajando en ello. Uno de los robots BEAM más avanzados en esta área es Hider de Bruce Robinson, que tiene una impresionante variedad de opciones de diseño sin microprocesador.

Publicaciones

patentes

• Patente de EE. UU. 613.809  - Método y aparato para controlar el mecanismo de un vehículo o vehículos en movimiento  - Patente " telautomaton " de Tesla; Primera puerta lógica .
• Patente de EE. UU. 5 325 031  - Sistemas nerviosos robóticos adaptativos y circuitos de control para los mismos  - Patente de Tilden; Un circuito de control autoestabilizador que utiliza circuitos de retardo de impulsos para controlar las extremidades de un robot con extremidades, y un robot que incorpora dicho circuito; neuronas artificiales.

libros y papeles

• Conrad, James M. y Jonathan W. Mills, " Stiquito: experimentos avanzados con un robot simple y económico ", El futuro de los robots andantes propulsados ​​por nitinol , Mark W. Tilden. Los Alamitos, California, IEEE Computer Society Press, c1998. LCCN 96029883 ISBN 0-8186-7408-3
• Tilden, Mark W. y Brosl Hasslacher , Living Machines . Laboratorio Nacional de Los Álamos , Los Álamos, NM 87545, EE. UU.
• Tilden, Mark W. y Brosl Hasslacher , " El diseño de máquinas biomecánicas 'vivas': ¿Qué tan bajo se puede llegar?" ". Laboratorio Nacional de Los Álamos, Los Álamos, NM 87545, EE. UU.
• Aún así, Susanne y Mark W. Tilden, " Controlador de una máquina andante de cuatro patas ". ETH Zurich, Instituto de Neuroinformática y División de Biofísica, Laboratorio Nacional de Los Álamos.
• Braitenberg, Valentino, " Vehículos: experimentos en psicología sintética ", 1984. ISBN 0-262-52112-1
• Rietman, Ed, " Experimentos en redes neuronales artificiales ", 1988. ISBN 0-8306-0237-2
• Tilden, Mark W. y Brosl Hasslacher , " Robótica y máquinas autónomas : la biología y la tecnología de los agentes autónomos inteligentes ", LANL Paper ID: LA-UR-94-2636, primavera de 1995.
• Dewdney, AK " Photovores: los robots inteligentes se construyen a partir de desechos ". Scientific American , septiembre de 1992, v267, n3, p42(1)
• Smit, Michael C. y Mark Tilden, " Beam Robotics ". Algoritmos, vol. 2, núm. 2, marzo de 1991, págs. 15-19.
• Hrynkiw, David M. y Tilden, Mark W., " Junkbots, Bugbots y Bots on Wheels ", 2002. ISBN 0-07-222601-3 ( sitio web de soporte del libro )
• Melnikov SA « BEAM-robótica. De la teoría a la creación de dispositivos prácticos ”, Science & Technology, ISBN::978-5-94387-897-8, 2022. ( Sitio web de soporte del libro )

Notas

Enlaces

• Comunidad BEAM  (enlace no disponible)
• Braitenberg, Valentino, Experiments in Synthetic Psychology Cambridge, Mass: MIT Press, 1984. Impreso.
• El ScoutWalker 3  (enlace no disponible)
• Instituto de Ingeniería Neuromórfica  (enlace no disponible) (INE)
• Hider de Bruce Robinson  (enlace no disponible)
• BEAMYahoo! grupo
• BEAM Wiki
• Solarbotics, " servidor y alojamiento de la comunidad BEAM ", 2003
• Miller, Andrew, " El micronúcleo "
• Bolt, Steven, " PiTronics ", octubre de 2004
• Van Zoelen, AA, " BEAM Robotics ", 1998
• Robinson, Bruce N., " Ocultador ", 2005
• Walke, Kevin, " Entrevista a Mark Tilden ", marzo de 2000
• Fang, Chiu-Yuan, " BEAM Robotics ", 1999
• Bernstein, Ian, " BEAM en línea ", 2003
• Beamitaly, " Beam Italia ", 1998