ROBOTS QUE SE APIÑAN COMO PINGÜINOS PARA SOBREVIVIR A LA NOCHE LUNAR

Los enjambres de pequeños robots son una forma atractiva de explorar las cuevas y los tubos de lava de la Luna: si se pierde uno, la misión no fracasa necesariamente. La misión CADRE de la NASA, por ejemplo, llevará tres pequeños vehículos que cooperan para cartografiar juntos la Luna, pero solo de día. Están diseñados para un único día lunar y no sobrevivirán a la noche.

Una noche de 354 horas

Esa noche dura unas 354 horas, y la superficie se enfría hasta cerca de 95 kelvin, unos −178 °C. Algunos vehículos la han superado: Yutu-2 recurre a un control térmico asistido por radioisótopos y ha retomado el trabajo tras varias noches lunares, mientras que Pragyan, diseñado para un día lunar, no volvió a comunicarse. Los calefactores de radioisótopos, sin embargo, no se pueden escalar a un enjambre. Mantener un calefactor de 2 vatios requiere unos 5 gramos de dióxido de plutonio por robot, y el objetivo de producción de Estados Unidos, de aproximadamente 1,5 kilogramos al año, está dimensionado para grandes sistemas de radioisótopos de misiones emblemáticas, no para robots prescindibles.

Anaïs Jeger, del Center for Bits and Atoms del MIT y del Equipo de Conceptos Avanzados de la Agencia Espacial Europea, junto con Harry Holt, del mismo equipo, y Lennart Puck, del Laboratorio de Robótica Planetaria de la ESA, se hicieron otra pregunta: ¿podrían los robots usar los cuerpos de los demás como escudo térmico?

Una sola puntuación, al amanecer

En su simulación, veinte robots pasan juntos una noche lunar completa. Cada uno se mantiene a 0 °C con un calefactor mientras le dura la energía almacenada; después se enfría, y por debajo de −40 °C se considera muerto. La rapidez con que pierde calor depende de su exposición al cielo: cuánto cielo abierto ve, desde 1 para un robot aislado hasta 0 para uno rodeado de vecinos. Solo, un robot irradia 1,92 vatios.

Los veinte robots ejecutan la misma pequeña red neuronal. Cada uno ve solo información local —su propia temperatura, energía y exposición, dónde están sus vecinos y cómo les va— y devuelve una dirección hacia la que desplazarse. La red se entrenó con «estrategias evolutivas»: se prueban muchas copias ligeramente modificadas, se ajustan los parámetros compartidos hacia las que mejor puntúan y se repite.

La puntuación es deliberadamente escasa. Llega una sola vez, al final de la noche: la temperatura media de los cinco robots más fríos. No menciona nada sobre posición, separación, exposición o movimiento.

Pingüinos sin que nadie se lo diga

Aun así, surgieron dos comportamientos. Partiendo de una posición dispersa, el enjambre se reúne en unas cinco horas. Después no se asienta nunca: los robots no paran de circular entre el núcleo resguardado y el borde expuesto. Los autores señalan que es el mismo par de comportamientos con el que los pingüinos emperador sobreviven al invierno antártico: se apiñan y no dejan de intercambiar posiciones entre el exterior frío y el centro resguardado. Los pingüinos inspiraron la pregunta; a los robots nunca se les recompensó por imitarlos.

La circulación es lo que marca la diferencia. Una regla programada a mano que solo hace que los robots se inclinen hacia dentro, sin llevarlos nunca de vuelta hacia fuera, forma el mismo grupo apiñado, pero el borde sigue más frío que el núcleo toda la noche, y en una prueba se perdieron nueve de los veinte robots. A lo largo del entrenamiento, la exposición media en el tiempo del robot peor situado bajó de alrededor de 0,71 a 0,26, cerca de la media del enjambre, 0,23, aunque la exposición no forma parte de la puntuación.

Tampoco es que los robots vayan corriendo de un lado a otro: recorren 4,3 metros por hora de media, cuando circulando sin parar a su velocidad fijada recorrerían 54. Pasan la mayor parte del tiempo quietos y se recolocan en breves arranques, y su deriva neta a lo largo de toda la noche es inferior a un metro.

Cuán poca energía basta

Los autores midieron el umbral de supervivencia: la menor energía almacenada por robot con la que todos los robots siguen vivos al amanecer, en diez disposiciones iniciales nunca vistas durante el entrenamiento. Lo expresan en una unidad que llaman pcm-h, equivalente a 7,2 kilojulios: lo que consume un calefactor de 2 vatios en una hora.

• Robots dejados dispersos: 328,5 pcm-h.
• Un grupo apiñado que permanece inmóvil: 246,0 pcm-h.
• El enjambre entrenado, con diez entrenamientos agrupados: 155,6 ± 1,3 pcm-h.

Eso es un 37% menos que el grupo apiñado inmóvil, y solo un 12,7% por encima de un límite inferior fijado únicamente por la física (138,1 pcm-h): la energía necesaria si los veinte robots se repartieran a partes iguales la exposición del empaquetamiento más denso posible. Con 163 pcm-h, un grupo apiñado inmóvil pierde seis robots; el enjambre en circulación conserva los veinte.

Otra regla sencilla escrita a mano funcionó casi exactamente igual de bien, con 154,5 pcm-h: cada robot se inclina suavemente hacia dentro, y el que tiene menos energía entre los que toca se abre paso hacia el núcleo con toda su fuerza.

Menos requisitos de lo esperado

El comportamiento se mantiene cuando se eliminan piezas. Sin un punto de referencia común por el que guiarse, el umbral apenas varía: se mantiene entre 154,3 y 156,7 pcm-h según la disposición inicial, frente a 155,4 a 155,7 con él, aunque los robots se mueven más. Una red sin memoria cuesta alrededor de un 3% más de energía. Entrenadas con veinte robots, las mismas redes dirigen enjambres de treinta y cuarenta sin reentrenamiento, y necesitan un 5,0% y un 8,0% menos de energía por robot, frente al 5,5% y el 10,7% del límite físico.

Los robots ni siquiera necesitan tocarse. Obligados a mantenerse a 25 milímetros unos de otros, siguen superando todos la noche con las mismas redes, con alrededor de un 13% más de energía almacenada, porque ahora el escudo tiene huecos.

Ruedas sobre suelo lunar

Todo esto ocurre en simulación. Los robots no paran de recolocarse en toda la noche, lo que supone 354 horas de ruedas trabajando contra el regolito lunar (el polvo y las rocas sueltas que cubren la superficie). El modelo no incluye desgaste ni cambios en la fricción o el contacto. Si las ruedas y los cuerpos aguantan una noche entera de ese roce, algo que los autores señalan como la principal cuestión abierta, sigue sin comprobarse.